Основана в XII в., предположительно князем Юрием Долгоруким. Впервые упоминается в Воскресенской и Тверской летописях под 1213, когда ростовский князь Константин разорил К. С середины XIII в.- центр Костромского удельного княжества. С XIII в. К. подвергалась нападению татар, в 1375 была разорена новгородскими ушкуйниками, приплывшими сюда по Волге на 70 ладьях. В начале XIV в. поддержала в борьбе за великое княжение тверского князя Михаила против московского князя Юрия и была разгромлена (1318). В 1362 окончательно включена в состав Московского княжества. В 1380 костромичи участвовали в Куликовской битве под началом воеводы Ивана Родионовича Квашни. В XIV в. город был укреплён. В 1413 и 1493 К. опустошили сильные пожары, после первого из них новую крепость заложили на высоком левом берегу (на месте современного городского парка). В 1471 и 1478 костромская рать принимала участие в походах Ивана III против Новгорода. В 1540-е гг. К. трижды подвергалась нападениям казанских татар; в 1549 они были разбиты костромским ополчением на р. Язовке. В 1609 сторонниками Лжедимитрия II был захвачен охранявший подступы к К. Ипатьевский монастырь, временно превращенный в опорную базу военных действий на северо-востоке страны. Костромское ополчение изгнало мятежников и сыграло заметную роль в борьбе с польской интервенцией, влившись в народное ополчение К. М. Минина и Д. М. Пожарского. Легендарным стал подвиг костромского крестьянина Ивана Сусанина.
В XVII в. К. - крупный ремесленный город со значительным населением (по переписи 1650 - 2086 дворов), развитым текстильным, кожевенным и мыловаренным производством. С 1719 К. - провинциальный город Московской губернии, с 1778 - губернский город. В XVIII-XIX вв. К. - промышленный центр. Первая полотняная мануфактура основана в 1751. В конце XVIII-XIX вв. город интенсивно застраивался каменными домами и благоустраивался. В 1913 состоялись городские торжества в честь посещения К. императором Николаем II.
Современный К. - крупный центр текстильной (главным образом льняной) промышленности, а также машиностроения и деревообработки. Главные текстильные предприятия: льнокомбинаты имени В. И. Ленина (бывшая Большая Костромская мануфактура) и имени Зворыкина, кроме того, работают 4 текстильные фабрики. Машиностроение (заводы - "Мотордеталь" экскаваторный, "Текстильмаш" автоматических линий, полимерного машиностроения, судомеханический, игольно-планочный, деревообрабатывающих станков, красильно- отделочного оборудования и др.). Предприятия мебельной, пищевой, обувной и швейной промышленности; химический завод. Развито производство стройматериалов. Институты: технологический, сельско-хозяйственный, педагогический; факультет Санкт-Петербургского торгово-экономического института. Театры: драматический, кукол. Музей изобразительных искусств (коллекция русской живописи XVIII-XX вв., в том числе произведения местных самобытных художников Г. Островского, Е. В. Честнякова). Историко-архитектурный музей-заповедник. К. входит в туристический маршрут "Золотое кольцо России".
Центральная часть К. - уникальный по своей композиционной целостности градостроительный ансамбль, возникший в конце XVIII - начале XIX вв. на месте старого центра, срытых земляных и деревянных укреплений кремля и Нового города XVII в. в результате систематической регулярной застройки по генеральному плану 1781-84. К её средоточию - раскрывающейся к реке полукруглой площади - сходятся 7 радиальных лучей, охваченных полукольцами поперечных улиц. Северный угол площади отмечен высокой пирамидальной пожарной каланчей (1823-26), основание которой выделено 6-колонным портиком, аттиковый этаж над ним служит переходом к 8-гранному столбу со смотровой площадкой (верх перестроен в 1880). Рядом, между лучами расходящихся улиц, - ампирное здание бывшей гауптвахты (1824-25), 3-этажное здание бывшей гостиницы "Россия"(1815, перестроено во второй половине XIX в.), величественное, выделенное 8-колонным портиком здание бывшего дома-дворца генерала Борщёва (1830-е гг.), здание бывших Присутственных мест (1806-09, в 1832 частично перестроено) с сильно вынесенным вперёд 4-колонным портиком. Ансамбль площади завершают 2 симметрично расположенных здания бывших торг. рядов, с севера - Больших Мучных (1789-93), с юга - Красных (1789-1800), окружённых аркадами на мощных 4-гранных столбах. За Красными рядами - Мелочные ряды (1820-30), стоящие на откосе холма Пряничные ряды с массивными аркадами, 2-этажные Рыбные ряды с открытыми аркадами в торцах, вытянутые параллельно Волге, за ними - 2 перпендикулярных реке Торговых корпуса (1840-50). С северо-запада ансамбль бывших торговых рядов замыкает корпус Малых Мучных рядов (первая половина XIX в.), с юга - корпуса Овощных (Табачных) рядов (1819) с ритмическим чередованием дорических колоннад и глухих простенков и Масляных рядов с рустованными столбами аркад в боковых крыльях.
На месте кремля - городской парк, террасами спускающийся к Волге. В конце одной из его аллей - так называемая беседка Островского (круглая, 8-колонная, возведена в 1956 по типу архитектурных парковых сооружений конца XVIII - начала XIX вв.). В парке на береговом холме - 2 симметричных трёхэтажных здания соборного причта (1795-96).
Прилегающие к центральной площади кварталы застроены каменными бывшими купеческими особняками конца XVIII - начала XIX вв. по типовым проектам - 2-этажными зданиями с нижним низким рустованным и верхним высоким этажами, со стройными колонными портиками, увенчанными фронтонами. Интересны в градостроительном отношении классицистические дома, расположенные на пересечении улиц и имеющие скруглённые углы, обработанные полуколоннами (в том числе бывший дом детского приюта и дом Акатова, оба - начала XIX в.). На центральной городской улице - бывшее Дворянское собрание, первоначально - купеческий особняк конца XVIII в., в 1830-е гг. к торцу пристроен прямоугольный корпус, центральная часть выделена ризалитом с коринфскими пилястрами (в интерьере - чугунная лестница с позолоченными бронзовыми украшениями перил, двусветный Большой зал, отделанный белым мрамором и декорированный полуколоннами коринфского ордера, Малый зал с кессонированным потолком с резными золочёными вставками). На северо-западе центральной части К. - постройки Богоявленского монастыря (основан в XV в.): массивный кубический 5-главый Богоявленский собор (1559-65), каменные палаты (XVII в.); недалеко от набережной - нарядная 5-главая церковь Воскресения на Дебре (1652, в интерьере - фрески, середина XVII в., в северо-восточном приделе - фрески, 1670, резной золочёный иконостас XVII в.) с сильно вынесенным вперёд, увенчанным декоративным шатром крыльцом; в восточной части города - церковь Иоанна Златоуста с 5 тонкими декоративными главами (1791, выстроена в традициях XVII в.), с 3-ярусной колокольней, завершённой шпилем.
Напротив городского центра, за р. Кострома, - Ипатьевский монастырь (основан, по преданию, в последней трети XIII в., с монастырем связана так называемая Ипатьевская летопись - список конца XIV - начала XV вв. с одного из древнейших летописных сводов Киевской Руси). Окружен крепостными стенами с круглыми угловыми башнями (XVI-XVII вв.); с юга - проездная квадратная башня, с севера - въездные Екатерининские ворота в стиле барокко (1767). На территории монастыря: большой 4-столпный 5-главый Троицкий собор, окружённый нарядными галереями (1650-52, в интерьере - фрески, 1685, многоярусный резной барочный иконостас, 1756-58, иконы XVII-XVIII вв., железные двери северного, южного, западного порталов, обитые тонкой медью и расписанные золотом, конец XVI в., надпрестольная резная сень, XVII в.). В ризнице собора, в экспозиции музея-заповедника, - иконы XVI-XVII вв., древнерусское лицевое шитьё XVI-XVII вв., рукописные книги с миниатюрами XVI-XVII вв., произведения ювелирного искусства и металлопластики XVI-XVII вв. (панагии, кадила и т. д.), деревянная полихромная скульптура XV-XVIII вв. и др. С запада от собора - массивная многопролётная звонница (1603-05), соединённая с 4-ярусной башней с открытым звоном (1649). В северо-восточной части - 3-этажный архиерейский корпус (XVI-XVII вв.), братский корпус (XVI-XVIII вв.), у западной крепостной стены - так называемые палаты бояр Романовых (XVI-XVII вв., в 1863 реставрированы в псевдорусском стиле). На присоединённой к монастырю в XVII в. и обнесённой каменной стеной территории так называемого Нового города - деревянная на сваях Спасо-Преображенская церковь из села Спас-Вежи Костромской области (начало XVIII в.). Вне стен монастыря, к югу от него - Музей народной архитектуры и быта (церкви XVI-XVII вв., избы, свайные бани, ветряные мельницы XIX в.). Среди построек бывшей Ипатьевской слободы - 5-главая каменная церковь Иоанна Богослова с шатровой колокольней (1681-87, в интерьере - фрески, 1783, деревянный резной иконостас, 1770). Напротив центральной части К., в Заволжье, на правом берегу Горьковского водохранилища, - церкви: Рождественская (Ильинская на Городище, 1663, перестроена в 1702, 1773), Преображенская с шатровой колокольней (1685, верх перестроен).
В современном городе в основном сохраняется старая застройка центра, новые здания здесь возводятся, как правило, на месте ветхих или малозначительных зданий. Крупное жилое строительство ведётся в Заволжье, соединенном с центром мостом (1970-е гг.), а также в юго-восточной части города.
К. - родина географа академика И. П. Герасимова, члена-корреспондента АН СССР археолога П. Н. Третьякова.
В 17 км к юго-востоку от К., ниже по Волге, - село Сидоровское с нарядной 5-главой Никольской церковью (1720). В 30 км к юго-востоку от К. - старинное село Красное-на-Волгес эффектной шатровой Богоявленской церковью (1592)и шатровой колокольней, поставленной на высоком арочном основании (XVII в.). С XIX в. здесь развивался местный ювелирный промысел (чеканка, резьба и чернь по серебру, изготовление украшений, крестиков, брелоков с вставками из цветного стекла и эмали). Ныне - крупный центр ювелирной промышленности. В 40 км к юго-востоку от города - Костромская ГРЭС.