В ноябре 1668 года приказчиком Пышминской слободы Семеном Мироновичем Будаковым было сообщено верхотурскому воеводе И. Я. Колтовскому, что крестьяне и казаки, перевезенные сюда в 1666—1668 годах из Ирбитской и Пышминской слобод, основали Камышевскую слободу. И по указу верхотурского воеводы, который повелевал Будакову «вверх по Пышме реке сыскать место и строить острог», в 1668 году на реке Камышловка был основан Камышловский острог. Строительство острога для «оберегания от калмыцких и башкирских воинских людей» было закончено в 1678—1679 годах. С 1687 года Камышловская слобода. Основным занятием жителей в начале XVIII века было земледелие, а также крестьяне были приписаны к казенным заводам — Уктусскому и Каменскому.

В 1763 году через слободу прошёл Сибирский тракт. В городе стал возникать хлеботорговый центр Зауралья, поставляющий зерно и муку по всему Уралу. В XVIII—XIX веках действовали 3 ярмарки: Сретенская – с 1 по 9 февраля, Тихоновская – с 13 по 20 июня, Покровская – с 26 сентября по 1 октября. На ярмарках торговали купцы из Тобольска, Тюмени, Кунгура, Нижнего Новгорода и Оренбурга. Были построены каменные торговые ряды, товарные склады и хранилища. Основным товаром было зерно, отправляемое в Ирбитскую слободу, затем по реке Ница и далее по рекам Тура и Тобол зерно поступало в Тобольск. Слобода являлась поставщиком соколов для царского двора.

В 1781 году город стал уездным Пермского наместничества. В городе начали работать мукомольные мельницы, кузницы, салотопенный, винокуренный (в 1883 году), кожевенный (в 1858 году), кирпичный заводы, а также кустарные промыслы — гончарный, столярный, портняжный, сапожный, шерстобитный. Был развит извоз по Сибирскому, Ирбитскому и Шадринскому трактам, развивалось коневодство. В декабре 1885 года было открыто движение по Транссибирской железной дороге, было построено здание вокзала. В 1871 году была открыта женская гимназия, в 1907 году — мужская прогимназия, в 1888 году — духовное училище, в 1899 году городское училище, а также работали две церковноприходские школы.

1 февраля 1963 года Совет депутатов трудящихся города Камышлов передан в подчинение Свердловскому областному Совету депутатов трудящихся.

15 февраля 2016 года был упразднен Камышловский городской суд.

Александро-Невская церковь

Каменная, однопрестольная церковь, заложенная 10 июня 1882 года и освящённая во имя благоверного великого князя Александра Невского 17 мая 1885 года, была закрыта в 1929 года и после снесена.

Всехсвятская церковь

Деревянная, однопрестольная церковь, перенесённая в 1816–1817 годах из города в село Закамышловское (в настоящее время – в городской черте) и освящённая во имя всех святых, после перестройки в 1851–1857 годах была вновь освящена, а в 1885 году расширена. Церковь была закрыта в 1938 года, а после пожара 1943 года снесена.

Николаевская кладбищенская церковь

Каменная, однопрестольная Николаевская кладбищенская церковь, освященная в 1909 году во имя святого Николая, архиепископа Мирликийского, была закрыта в 1935 году, а после снесена.

В годы Великой Отечественной войны камышловский диатомит (белая глина), обладающий целебными и ранозаживляющими свойствами, широко применялся при лечении раненых. В 1941 году на диатомитовый комбинат был эвакуирован из Ленинграда изоляторный завод «Пролетарий» по производству электротехнического фарфора, так был основан завод «Урализолятор».

В 1960 году был основан электротехнический завод министерства путей сообщения на базе паровозного депо и мастерских сигнализации и связи, металлообрабатывающий завод, в 1967 году — клеевой завод, «Лесхозмаш» на базе механического, завод дорожных машин, в 1975 году — завод хромовых кож, птицефабрика, молочный комбинат, хлебокомбинат, в 1953 году — швейная фабрика.