Mesto bolo založené v roku 1656. Oblasť bola prvýkrát osídlená približne pred 10 000 rokmi (epipaleolit). V neďalekých jaskyniach sa našla lebka a ďalšie stopy.
V polovici 14. storočia bol región kolonizovaný z južného Val-de-Ruz. La Chaux-de-Fonds sa prvýkrát spomína v roku 1350 ako la Chaz de Fonz. V roku 1378 sa spomína ako Chault de Font.
Región bol pod správou pánov z Valanginu. V 15. a 16. storočí prišla druhá vlna kolonizácie z takzvaného Clos de la Franchise (údolia Le Locle a La Sagne). Hlavnou činnosťou bolo poľnohospodárstvo, ale obec zostala malá. V roku 1531 tu žilo len asi 35 ľudí. Prvý kostol bol postavený v roku 1528. V roku 1530 La Chaux-de-Fonds, podobne ako ostatné valanginské kraje, konvertovalo na novú reformovanú vieru. Pán z Valanginianu René de Challant stanovil hranice farnosti v roku 1550. Kostol a farnosť poskytli politickú štruktúru a okolo kostola vyrástla malá komunita valanginianských občanov, slobodných sedliakov a roľníkov. V roku 1615 žilo v obci 355 ľudí. V roku 1616 sa nižšia a stredná súdna právomoc nad La Chaux-de-Fonds presunula do Le Locle a La Sagne, zatiaľ čo vyšší súd zostal vo Valanginiane. Naďalej prevládalo poľnohospodárstvo, ktoré dopĺňali mlyny na brehoch Doubs. Koncom 16. storočia sa však mesto stalo dôležitou križovatkou medzi Neuchâtelom, Franche-Comté a Bazilejským biskupstvom.
Obec sa rozrástla počas tridsaťročnej vojny najmä vďaka svojej strategickej obchodnej polohe. Hospodárska činnosť sa zrýchlila v 18. storočí s rozvojom čipkárskeho a hodinárskeho priemyslu v meste. Pierre Jacquet-Droz, známy najmä vďaka svojim automatom, bol v tomto období mimoriadne významným hodinárskym majstrom.
V roku 1794 mesto spustošil požiar. Charles-Henri Junod vytvoril v roku 1835 nový plán mesta, ktoré je dnes známe svojím "moderným", mriežkovaným pôdorysom v porovnaní s kľukatými ulicami väčšiny európskych miest. Centrálna trieda sa nazýva Avenue Léopold Robert.