Véritable promontoire dominant la Seine, le site de Saint-Cloud est occupé depuis la Préhistoire. Les récentes fouilles archéologiques, menées entre septembre 2022 et mai 2023 ont permis de mettre au jour des outils du paléolithiques ainsi que des traces d’habitation de l’âge de Bronze. Un bourg gallo-romain portant le nom de Novigentum se développe au bord de la Seine. Si l’on en croit Grégoire de Tours, le fils de Clodomir et petit-fils de Clovis, Clodoald, ayant renoncé au trône et s’étant fait religieux, fonde un monastère à Novigentum dans la deuxième moitié du VIe siècle, où il meurt vers 561. Dès lors, la tombe du saint devient un lieu de pèlerinage important et attire une foule nombreuse, à tel point qu’il donne son nom à la ville qui devient alors Sanctus Clodoaldus au IXe siècle. A sa mort, Clodoald lègue ses droits sur la terre de Saint-Cloud aux évêques de Paris qui restent seigneurs du lieu jusqu’à la Révolution. Durant le Moyen-Âge, la ville souffre tant des raids des Normands à la fin du IXe siècle, que de ceux des Anglais lors de la guerre de Cent-Ans. Elle est ainsi incendiée à trois reprises en 1346, 1358 et 1411.

À partir du XVIe siècle, un certain nombre de personnalités importantes se font construire des maisons de plaisance sur les hauteurs de Saint-Cloud. C’est notamment le cas de Jérôme de Gondi, banquier florentin et écuyer de Catherine de Médicis qui fait bâtir une villa Renaissance sur un hôtel médiéval. C’est dans cette maison qu’est assassiné Henri III le 1er août 1589. Après être passée entre les mains du premier archevêque de Paris, Jean-François de Gondi, au début du XVIIe siècle, la propriété est achetée par Louis XIV pour son frère en 1658. Monsieur fait raser la villa Renaissance et construire le château de Saint-Cloud, où travaillent les plus grands artistes de l’époque. C’est aussi avec Monsieur que le domaine est considérablement agrandi pour atteindre 400 hectares. La ville voit s’installer à cette même époque une manufacture de porcelaine. Les XVIIe et XVIIIe siècles sont ceux du développement de grandes propriétés foncières autour du bourg, notamment la maison dite « de l’Electeur », à l’emplacement de l’actuelle résidence du Parc de Béarn, et le château de Montretout, situé sur le terrain compris entre le la rue Gounod, le boulevard de la République, l’avenue Pozzo-di-Borgo et la rue Coutureau. Ainsi la ville est-elle alors enserrée entre ces domaines, le château de Saint-Cloud et la Seine, ce qui l’empêche de s’étendre dans toutes les directions.

Au XVIIIe et surtout au XIXe siècle Saint-Cloud devient véritablement une ville de loisir, où la noblesse et la bourgeoisie parisiennes viennent chercher divertissement et délassement, en particulier à l’occasion de la Fête de Saint-Cloud, ensemble de festivités héritées du Moyen Âge qui tirent leur origine de la fête patronale de la ville. La fréquentation de la ville par les élites de la capitale est facilitée par la création en 1839 de la ligne de chemin de fer reliant Paris à Versailles et marquant un arrêt à Saint-Cloud. Une gare dites « des Fêtes » est même créée spécialement pour acheminer les Parisiens à la fête de Saint-Cloud. En 1849, l’entrepreneur Paul Adolphe Firino crée le Parc de Montretout, un des plus anciens lotissements murés de France, à proximité du château. Ce dernier devient la demeure favorite de Louis-Napoléon Bonaparte, président de la IIe République devenu empereur en 1852 sous le nom de Napoléon III. Il s’investit personnellement dans les travaux de l’église paroissiale construite entre1861 et 1863, ainsi que dans ceux de la mairie édifiée entre 1870 et 1874. Ces deux édifices sont d’ailleurs presque les seuls à avoir survécu à la guerre franco-prussienne.

Après avoir été le théâtre de violents affrontements lors du siège de Paris par les troupes prussiennes, la ville est en effet incendiée par ces dernières en janvier 1871. Elle est réduite en cendre à l’exception de l’église, de la mairie, ainsi que d’une poignée de maisons. Saint-Cloud est donc entièrement rebâtie dans le dernier quart du XIXe siècle. Les quartiers jusque-là dévolus à l’agriculture s’urbanisent, en particulier le plateau de Montretout et l’actuel quartier Pasteur-Magenta. Une deuxième ligne de chemin de fer relie Saint-Cloud à la capitale à partir de 1889, celle des Moulineaux. À partir de 1884, la Société anonyme foncière des Coteaux du Bois de Boulogne et de Longchamp rachète les terrains agricoles situés dans la partie septentrionale de la ville pour dessiner un nouveau quartier, allotir les parcelles et les vendre à des Parisiens désireux de se faire construire une villa sur les hauteurs de Saint-Cloud : c’est la naissance du quartier des Coteaux, qui concentre de nombreuses demeures de villégiature édifiées à partir de 1900. La création de toute pièce de ce quartier coïncide avec l’inauguration en 1901 d’un champ de courses à l’emplacement de l’ancienne ferme nationale de la Fouilleuse, créée par Napoléon III. La même année, l’Aéroclub de France installe un parc d’aérostation dans le quartier des Coteaux. L’installation, dans ce même quartier, quasiment concomitante de deux gares, une sur chaque ligne, achève de le rendre attractif et de faire son succès. La grande crue de la Seine en 1910 frappe Saint-Cloud de plein fouet. Les parties basses du coteau sont submergées et l’eau monte jusqu’au terrain de l’Aéroclub. Les terrains inondés perdent de leur valeur et attirent donc des projets immobiliers ou industriels, en même temps que s’y développe un habitat plus modeste. À partir de 1920, de petits pavillons sont construits sur la partie nord du quartier des Coteaux, comprise entre l’avenue des Vignes, l’avenue de Suresnes et la rue du Val d’Or. Il s’agit de maisonnettes construites par l’association Léopold Bellan pour les mutilés de la Grande Guerre et leurs familles. Chaque maison portait le nom du donateur qui l’offrait à ses occupants. Cette œuvre de charité explique que cette partie du quartier des Coteaux ne soit pas couverte de grandes villas.

Dès le deuxième quart du XXe siècle, la population de Saint-Cloud croît fortement et la ville se densifie, donnant lieu à de belles manifestations de l’architecture Art déco. En 1935 commencent les travaux du tunnel de Saint-Cloud qui devait permettre d’y faire passer l’autoroute de l’Ouest. Les travaux sont interrompus par la Seconde Guerre mondiale et des munitions allemandes y sont stockées. L’autoroute est inaugurée dès 1946. Les années qui suivent la guerre sont marquées par une explosion de la croissance démographique, ce qui accélère encore la densification du bâti. La plateau de Montretout achève son urbanisation par la construction de nombreuses maisons individuelles. Dans le quartier du Val d’Or, les grandes propriétés disparaissent au profit des premiers grands ensembles, comme la résidence Parc du Val d’Or construite entre 1951 et 1953, ou encore la résidence Parc de la Bérengère érigée autour de 1955. Le centre-ville connaît également une profonde mutation sous l’impulsion du maire Francis Chaveton. L’architecte Noël Le Maresquier propose en 1961 une requalification du cœur de bourg. Arguant de l’insalubrité de l’îlot compris entre l’avenue du Palais, la rue d’Orléans et la rue Royale, il élève à cet emplacement entre 1967 et 1972 les Bureaux de la Colline, un gigantesque complexe destiné à accueillir entreprises et galeries commerçantes. L’objectif était de moderniser l’entrée de la ville par la place Clémenceau et d’adapter la commune à l’essor du secteur tertiaire qui bat alors son plein. L’ensemble devait être presque deux fois plus grand, mais l’arrivée de Jean-Pierre Fourcade à la tête de la ville met un terme à ce projet. En revanche, les terrains du centre surplombant la rue Dailly sont profondément transformés : de 1974 à 1982, une série d’immeubles vient remplacer les maisons dans la pente sous l’église Saint-Clodoald, puis d’autres grands ensembles sur dalle sont construits à proximité de mairie à partir de 1985.