Reiche Silberfunde in den Jahren 1519 und 1520 bewogen Herzog Heinrich den Frommen, an dieser Stelle eine Stadt zu gründen. Am 27.04.1521 fertigte der Herzog die Gründungsurkunde aus. Der neuen Stadt gab er den Namen der heiligen Mutter Maria. Die Planung des Stadtbaus übernahm der Freiberger Bürgermeister, Arzt und Naturwissenschaftler Ulrich Rühlein von Calw. Dieser hatte schon die Stadtplanung des 1496 gegründeten Annaberg übernommen.
Mit dem Stadtbefreiungsbrief vom 19.12.1523 versah Herzog Heinrich Marienberg mit allerlei Privilegien. Die Handelsstrasse zwischen Leipzig und Prag wurde über Marienberg umgeleitet, was der Stadt zusätzliche Einnahmen bescherte. Im Jahre 1553 befanden sich bereits 4.000 Einwohner in Marienberg, welche dadurch die achtgrößte Stadt Sachsens war.
Am 5. Dezember 1997 wurde das Erlebnisbad „Aqua Marien“ eröffnet.
Am 5. Juli 1999 ging ein Unwetter mit 160 l/qm Regen auf Marienberg nieder. Dies führte zu den verheerendsten Überschwemmungen in der Stadtgeschichte. Straßen und Schienen wurden weggespült und sogar Häuser stürzten ein. Es entstanden Schäden in mehrfacher Millionenhöhe. Das Jahrtausendhochwasser im August 2002, das in ganz Sachsen die größte Naturkatastrophe seit Siedlungsbeginn darstellt, traf die Stadt dagegen nicht ganz so schlimm.
Zum 1. Januar 2003 wird die Gemeinde Hirtstein, bestehend aus den Ortsteilen Satzung, Reitzenhain, Kühnhaide und Rübenau eingemeindet. Dadurch wächst die Bevölkerung um ca. 2.900 Einwohner.
Nachdem im September 2004 Marienberg den Zuschlag für die Ausrichtung des „15. Tag der Sachsen“ erhielt, konnten zahlreiche Bauprojekte verwirklicht werden. So wurde das Bergmagazin saniert und am 30. April 2006 als Museum „Sächsisch-Böhmisches Erzgebirge“ eröffnet. Wenige Wochen später (am 24. Juni 2006) öffnete der nachgebaute Pferdegöpel im Ortsteil Lauta mit dem Besucherbergwerk Rudolphschacht.
Vom 1. bis 3. September 2006 fand der Tag der Sachsen in Marienberg statt. Bei bewölktem, aber warmen und überwiegend trockenem Wetter besuchten ca. 280.000 Menschen die Festveranstaltungen.
Durch den zunehmenden Verkehr, vor allem über die B174 in Richtung Tschechien, stand Marienberg Anfang des 3. Jahrtausends kurz vor einem Verkehrskollaps. Zahlreiche Bürgerproteste führten zur Planung und Umsetzung einer großräumigen Ortsumgehung. Diese wurde am 22. November 2007 für den Verkehr freigegeben.
Durch die sächsische Kreisgebietsreform wurden zum 1. August 2008 die Landkreise: Mittleres Erzgebirge, Annaberg, Aue-Schwarzenberg und Stollberg zum neu gebildeten Erzgebirgskreis zusammengelegt. Marienberg muss dadurch den Kreissitz an Annaberg Buchholz abtreten und wird „Große Kreisstadt“.