До середины XVI века территория нижнего течения реки Вятки, входившая в так называемую Арскую область, была заселена удмуртами, марийцами и татарами и подчинена Казанскому ханству. По преданию, на месте современных Вятских Полян находилось небольшое удмуртское поселение Ошторма-Бодья.
После победы Русского государства над Казанским ханством в 1552 году начинается освоение Вятского края русскими. Преподобный Трифон Вятский чудотворец, основатель Вятского Успенского монастыря, облюбовав живописные низовья Вятки, повелел монахам обосноваться на ещё необжитых "вятских полянках", затерявшихся среди корабельных сосен, голубых озёр и малых речек.
Первое документальное упоминание о Вятских Полянах относится к 1595 году, когда игумен Трифон получил дарственной грамоту от царя Федора Иоанновича на владение пустующими вятскими полянками. Для освоения новых вотчин были направлены монахи из Успенского монастыря. В 1596 году в низовьях Вятки был построен бревенчатый монастырь с двумя храмами и кельями, который при освещении был назван Рождественским. Около стен монастыря стало расти село Вятские Полянки. В 1780 году Екатериной II было пересмотрено административное деление империи. Село Вятские Полянки было обозначено волостным центром, входящим в Малмыжский уезд. Выгодное географическое положение села, находящегося на большом торговом пути с Вятки на Волгу, способствовало интенсивному развитию торговли.
Огромную роль в жизни волостного села сыграло строительство железной дороги и железнодорожного моста через реку Вятка, построенного в 1916 году, который соединил Москву и Екатеринбург.
Во время гражданской войны, через Вятские Поляны проходила линия фронта, на которой в 1919 году было остановлено наступление войск Колчака. 1 мая 1919 года 7-я стрелковая дивизия переправилась через Вятку и расположилась по левому берегу в районе мест села Вятские Поляны.
В 20-х годах прошлого столетия коренным образом меняется хозяйственный и культурный облик Вятских Полян.
1 мая 1927 года пущена электростанция, появилась устойчивая телефонная связь, начали работать телеграф, радио.
В 1938 году открылась шпульная фабрика, поставляющая продукцию ткацкой промышленности. Село стало заметно разрастаться, и в этом же году оно было преобразовано в рабочий поселок.
В 1942 году получен статус города.
Осенью 1941 года в Вятские Поляны из Подмосковья прибыл эвакуированный завод, разместившийся в цехах шпульной фабрики. В удивительно короткий срок был произведен монтаж оборудования. И уже в конце ноября 1941 года была отправлена на фронт первая партия автоматов ППШ, сделанных в Вятских Полянах.
Война начала новую главу в истории рабочего поселка над Вяткой. За годы войны коллектив завода выпустил более 2,5 млн. пулеметов-пистолетов Шпагина. Население поселка по сравнению с довоенным утроилось и составило 30 тысяч человек.
В послевоенные годы ведущее место в промышленности города заняли машиностроение и деревообработка.
Изменился облик Вятских Полян. Появилось несколько жилых микрорайонов. Построен красивый гостиничный комплекс «Вятские зори», а рядом площадь Труда с фонтанами – любимое место отдыха горожан и многое другое. Одним словом, Вятские Поляны превратился в современный красивый город.
1 февраля 1963 года город приобрел статус города областного значения.
9 мая 2013 года Вятским Полянам присвоено почётное звание Кировской области «Город трудовой славы», направленное на увековечивание памяти о деятельности тружеников города в годы ВОв и в период восстановления народного хозяйства.