Unsere Stadt wurde am 20. Oktober 770 in einer Schenkungsurkunde des Klosters Lorsch als Waltdorf erstmals urkundlich erwähnt. Funde aus früher Zeit belegen allerdings, dass schon seit langem Menschen an dem Platz siedelten, an dem das spätere Dorf im Wald entstand.

Im Jahr 1230 erhielten die Pfalzgrafen Walldorf als Reichslehen. In den deutschen Bauernkriegen und im 30-jährigen Krieg wurde das Dorf am Wald Schauplatz von Kämpfen und Plünderungen. Im Pfälzischen Erbfolgekrieg von 1689 wurde es sogar vollständig zerstört und erst einige Jahre später wieder besiedelt. Wie in der ganzen damaligen Kurpfalz kamen vor allem Neusiedler bzw. Glaubensflüchtlinge aus der Schweiz, unter ihnen auch die Familie Astor.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts gelangte Walldorf zu Baden. Durch den Bau der Rheintalbahn von Mannheim nach Karlsruhe 1843 erlebte der Ort im 19. Jahrhundert einen wirtschaftlichen Aufschwung. 1901 verlieh Großherzog Friedrich I.  die Stadtrechte. Nach dem Zweiten Weltkrieg kam es zur Ansiedlung der Heidelberger Druckmaschinen und in den 70er Jahren der Controlling-Softwarefirma SAP, die dem ehemaligen Dorfe am Wald zu einer der attraktivsten und wohlhabenden Gemeinden der Region machten.

Die Stadt war während der Fußball-Weltmeisterschaft 2006 Gastgeber der Nationalmannschaft von Costa Rica 9. Juni bis 21. Juni.