Վանաձորի տեղում եղած բնակավայրի պատմությունը սկսվում է հազարամյակների խորքից: Բայց, թվում է՝դարերը այստեղ ոչ մի հետք չեն թողել: Հնում եղած թաղամասը, որի շուրջ ձևավորվել է քաղաքը, գոյություն չունի:

Հնագետների երկարամյա աշխատանքն ապացուցեց, որ Տաշիր-Ձորագետի շրջանը և հատկապես Վանաձոր քաղաքի տարածքը հարուստ են մեծ ու փոքր հնագիտական հուշարձաններով («Թագավորանիստ», «Մաշտոցի բլուր», «Քոսի ճոթեր»):

Բրոնզե դարի և վաղ երկաթի դարաշրջանի (մ.թ.ա. երրորդ հազարամյակ) դամբարաններ են հայտնաբերվել Դիմաց թաղամասում: Այստեղ ծաղկում է ապրել խեցեգործական արվեստը: Տեղական արտադրության մետաղե, բրոնզե, իսկ հետագայում նաև երկաթե իրերի գտածոները ապացուցում են, որ այստեղ զարգացում է ապրել նաև մետաղագործությունը:

Միջնադարյան Ղարաքիլիսա (Վանաձորի նախկին անունը Կիրովական էր, իսկ քաղաքի հին անունը՝ Ղարաքիլիսա) բնակավայրի մասին տեղեկություններ չեն պահպանվել: Միակ հետքը Վանաձորի կիրճում գտնվող Պապանի գյուղն է:

Նրանից ոչ հեռու այսօր էլ կարելի է տեսնել միջնադարյան եկեղեցու ավերակները: Գուգարքի հետ միասին Վանաձորի տարածքում գտնվող բնակավայրը մ.թ.ա. II դարում եղել է Մեծ Հայքի, իսկ մ.թ. X դարում՝ Կյուրիկյան թագավորության կազմի մեջ: Ենթադրվում է, որ Ղարաքիլիսա (Սև եկեղեցի) անունը թաթարական է, տրվել է XIII դարի սկզբներին Վանաձորի հյուսիսային բլրի վրա գտնվող սև քարից կառուցված եկեղեցու անունով:

1801թ. Վրաստանի հետ Ռուսաստանին է անցնում նաև Լոռին, և Ղարաքիլիսան դառնում է սահմանային զորակայան:

1849 թվականից Ղարաքիլիսան Երևանի նահանգի մեջ էր:

1870 թվականից Դիլիջան-Ղարաքիլիսա-Ալեքսանդրապոլ ճանապարհի, իսկ 1899 թվականից` Թիֆլիս-Ղարաքիլիսա-Ալեքսանդրապոլ երկաթուղու, կայարանի, փոստատան և իջևանատների կառուցումը նպաստեց գյուղաքաղաքի ձևավորմանն ու զարգացմանը:

1812թ. Ղարաքիլիսա եկած եվրոպացի ճանապարհորդներ Ջեյմս Մորիերը և Ռոբերտ Հերփորթը տեսել են փայտե,
հողածածկ տներով մի խղճուկ գյուղակ: Իսկ 1829թ. Ղարաքիլիսա եկած Խաչատուր Աբովյանը վկայում է, որ այստեղ հազիվ 500-600 բնակիչ կար, որոնք գաղթել էին Երևանից: Հետագայում Արևելյան Հայաստանը Ռուսաստանին միացնալուց հետո Ղարաքիլիսայում բնակություն են հաստատել Արևմտյան Հայաստանի Կարս, Արդահան, Բայազետ, Էրզրում քաղաքներից գաղթած մի քանի հարյուր հայ ընտանիք: Վանաձորը քաղաքային բնակավայր է 1924 թվականից։ 1929-1930 թվականներին կազմվել է Ղարաքիլիսայի (հետագայում՝ Կիրովական, այնուհետև Վանաձոր) առաջին հատակագիծը (ճարտարապետներ՝ Կարո Հալաբյան, Միքայել Մազմանյան, Գևորգ Քոչար), որով նախատեսում էր քաղաքի տարածքն ընդլայնել արևմտյան և արևելյան ուղղություններով՝ Դիմաց թաղամասում։ Մինչև 1935 թվականը կոչվել է Ղարաքիլիսա։ 1935 թվականի հունվարին Հայկական ԽՍՀ Կենտգործկոմի նախագահությունը որոշում է հեղափոխական Սերգեյ Միրոնովիչ Կիրովի հիշատակը հավերժացնելու նպատակով Ղարաքիլիսա քաղաքը վերանվանել Կիրովական։ 1939 թվականին գլխավոր հատակագծով (ճարտարապետներ՝ Ն. Զարգարյան, Ա. Մինասյան) որոշակի է դարձել քաղաքի կերպարը՝ զարգացման նշանակալից հեռանկարներով (արդյունաբերական կենտրոն և ամառանոցային վայր)։ 1949 թվականին կազմվել է նոր գլխավոր հատակագիծ (ճարտարապետներ՝ Հ. Դավթյան, Ռ. Գրիգորյան)։ 1950-ական թվականներին կառուցապատվել է Կիրովի անվան (այժմ՝ Հայքի) հրապարակը՝ քաղաքի վարչակառավարչական կենտրոնը։ 19-րդ դարում քաղաքում եղել է երկու եկեղեցի՝ կառուցված 1831 թվականին (1828 թվականի երկրաշարժից քանդված հին եկեղեցու տեղում) և 1895 թվականին (ռուսական եկեղեցին)։

1978 թվականին քաղաքում գործել են արդյունաբերական 27 ձեռնարկություններ։ Այդ ժամանակաշրջանի արդյունաբերության առաջատարը Ալեքսանդր Մյասնիկյանի անվան քիմիական գործարանն էր (այժմ մասամբ գործում է «Վանաձոր-Քիմպրոմ» քիմկոմբինատ ՓԲԸ-ն)։ Ժամանակին քաղաքի խոշոր ձեռնարկություններից են եղել քիմիական մանրաթելերի, ճշգրիտ հաստոցների, «Ավտոգենմաշ», «Ավտոմատիկա» գործարանները, տրիկոտաժի, կահույքի, կարի արտադրական միավորումները։ «Պոլիմերսոսինձ» գիտաարտադրական միավորումն իր բնագավառի առաջատար գիտական կենտրոններից էր։ Հանրապետությունում և նրա սահմաններից դուրս մեծ համբավ են ունեցել այն ժամանակ Կիրովականի կահույքի, մորթու-մուշտակի, կարի ֆաբրիկաները, «Լոռի» հանքային ջրերի գործարանն ու թեթև արդյունաբերության այլ ձեռնարկություններ։

Նախախորհրդային շրջանում այստեղ գործել են եկեղեցական ծխական (հիմնվել է 1853 թվականին), Օրիորդաց (1879), պետական երկդասյա ռուսական (1897) և ռուս պաշտոնյաների երեխաների (1908) դպրոցներ։

Այժմ Վանաձորը Հայաստանի Հանրապետության երրորդ քաղաքն է (82 800 բնակչություն, 1988 թվականին՝ 178 000), Լոռու մարզի վարչական, տնտեսական-մշակութային կենտրոնը։
1988թ. ավերիչ երկրաշարժի հետևանքով զանգվածային վնասվածքների և փլուզումների են ենթարկվել հազարավոր շինություններ, այն հազարավոր մարդկանց նահատակման պատճառ է դարձել: Այսօր քաղաքը մեծ մասամբ հաղթահարել է այդ աղետի հետևանքները և թևակոխել է զարգացման նոր փուլ: Այժմ քաղաքը զարգացման երկրորդ շունչն է առնում: Վանաձորում գործում է 4 պետական բուհ, 10-ը մարզադպրոց, ընդհանուր առմամբ 19 մշակութային հիմնարկ՝ երաժշտական դպրոցներ, արվեստի դպրոցներ, երգչախմբեր, մշակույթի տներ, թատրոններ և այլն: