O území dnešního Dagestánu bojovali Peršané , Arabové a Hunové . V tomto boji sehrála významnou roli osada Tarki , která se nacházela poblíž moderní Machačkaly . V 15. století bylo město obchodním centrem, přes které procházely karavany do Derbentu . Postupem času se stal známým jako Inji.
V roce 1844 bylo na kopcovitém kopci založeno Petrovo opevnění, pojmenované po Petru I. , který tam byl během perského tažení . V roce 1856 získal statut města a stal se známým jako Petrovsk .
V roce 1870 byl postaven přístav a umělý přístav.
Prvním závodem ve městě byl pivovar, otevřený v roce 1896 . Po 2 letech byla ve městě otevřena tiskárna.
Koncem 19. a začátkem 20. století město dostalo impuls k rozvoji, protože tudy procházela železnice mezi Rostovem na Donu a Baku .
Sčítání lidu v roce 1897 ukázalo, že počet obyvatel města se téměř zčtyřnásobil a dosáhl 8,7 tisíce obyvatel.
V roce 1900 zahájili výrobu tehdejší největší továrna ve městě, továrna na přádelnu papíru, kterou vybudovali akcionáři Kaspické manufaktury
V roce 1914 byla uvedena do provozu malá ropná rafinerie. Populace rostla zrychleným tempem a do roku 1914 činila 24 tisíc lidí, Petrovsk se stal prvním městem v Dagestánu z hlediska počtu obyvatel a předběhl Temir-Khan-Shura , který byl správním centrem Dagestánu. Koncem roku 1915 byla zprovozněna železniční trať Petrovsk - Temir-Chán-Šura spojující město s hornatým Dagestánem.
Koncem 19. a začátkem 20. století byly v Petrovsku vybudovány dvě továrny (rafinérie ropy a bednářství) a 2 továrny (přádelna papíru a tabák) a otevřeny i železniční dílny. Ve městě Petrovsk byly pouze 4 ulice. Ulice v centru města byly pokryty dlažebními kostkami a osvětleny petrolejovými lucernami. Byly zde kamenné a zděné domy, ve kterých bydleli zámožní občané. Na hlavní třídě byl hotel "Gunib" pro 25 osob, pár obchodů, kino "Progress", lékárna, byl tam i hostinec. Zbytek ulic byl špinavý, v létě obyvatele těchto ulic trápil prach a hejna hmyzu. Město mělo pouze jednu knihovnu se třemi tisíci knih, ale zařízení na pití byla spousta. Ve městě nebyl vodovod, lidé nosili vodu v barelech.
18. listopadu 1918 , během občanské války a intervence, na příkaz starosty Petrovského, plukovníka Abdusalama Magometova, bylo město Petrovsk přejmenováno na Šamil-Kala.
V roce 1921 bylo město přejmenováno na Machačkala na počest dagestánského revolucionáře Machacha Dakhadaeva . O něco později bylo město prohlášeno hlavním městem DASSR .
V polovině 30. let se městys Petrovsk-Kavkazsky stal součástí města . Za sovětské éry se hlavní město Dagestánu velmi rychle rozrůstalo, od 30. do 80. let se počet obyvatel města zvýšil 10x, vznikla základní sociální infrastruktura, moderní vzdělávací systém a základní průmyslová odvětví. Sovětské vedení také vyřešilo problém zásobování vodou, nedostatek míst první pomoci a vzdělávací instituce.
Do roku 1952 stával nedaleko Centrálního náměstí města Chrám velkovévody Alexandra Něvského . Chrám byl uveden do provozu 30. srpna 1891 . Zbořen byl v roce 1953 .
Sedm obyvatel Machačkaly získalo titul Hrdina Sovětského svazu za zásluhy o vítězství ve Velké vlastenecké válce .
Po válce nastaly velké změny ve všech sférách městského života. Již v roce 1969 bylo v Machačkale 51 škol, 4 univerzity, desítky knihoven s celkovým fondem více než 1,4 milionu knih, více než 20 kin (většina byla později rozebrána). Výstavba továren se rychle rozvíjela.
Na konci 60. let bylo plánováno instalovat lanovku na svahu hory Tarki-Tau , ale později byl projekt uzavřen.
14. května 1970 došlo ve městě k silnému zemětřesení , které těžce poškodilo Machačkalu.
Kvůli unáhleným ekonomickým reformám a přechodu k tržní ekonomice upadla ekonomika Machačkaly do těžké krize, protože hlavním příjmem města byly objednávky z vojensko- průmyslového komplexu . V 90. letech došlo k silnému poklesu výroby. Mnoho továren zkrachovalo a byly předmětem častého propouštění. Koncem 90. let se situace začala zlepšovat. Na počátku 21. století došlo k oživení výroby.
V 90. letech město velmi trpělo činností teroristů.
21. května 1998 se v Machačkale bratři Chachilajevové a jejich příznivci zmocnili budovy vlády a Státní rady Machačkaly a požadovali znovuzvolení hlavy Dagestánu.
V červnu 2013 byl ze své funkce odvolán a zatčen šéf administrativy Machačkaly Said Amirov . Jeho povinnosti byly svěřeny Murtazali Rabadanovovi . V dubnu 2014 Rabadanov odstoupil z vlastní vůle a na jeho místo jmenoval šéf Dagestánu Ramazan Abdulatipov Magomeda Suleimanova . V červenci 2015 byla pozice převedena na Musa Musaev . V lednu 2018 byl ze své funkce odvolán a zatčen šéf administrativy Machačkaly Musa Musaev. Od ledna do listopadu byl Abusupyan Gasanov úřadujícím starostou Machačkaly . listopadu 2018 byl Abusupyan Gasanov zatčen pro podezření ze zpronevěry 40 milionů rublů jako úřadující starosta města Machačkala. Po odvolání starosty Abusupjana Gasanova dne 8. listopadu 2018 byl Murad Alijev jmenován úřadujícím starostou Machačkaly. Dne 31. ledna 2019 schválili poslanci městského zastupitelstva Machačkaly Salmana Dadaeva starostou hlavního města Dagestánu.
V letech 2001 , 2002 , 2003 a 2011 byla Machačkala jedním ze tří nejlepších v soutěži „Nejpohodlnější město v Rusku“, kterou pořádal Rosstroy . Ruský premiér Dmitrij Medveděv při vyhlášení výsledků soutěže za rok 2011 poukázal na to, že oceněné místo v Machačkale je „obzvláště důležité“
Také v posledních letech byly ve městě rekonstruovány aleje, bulváry a nábřeží města, centrální a univerzitní náměstí, byl otevřen nový park Ak-Gol s dětským lunaparkem. V roce 2002 byl vybudován a zprovozněn nadjezd v délce 514 metrů.
Dnes je Machačkala největším městem ruského severního Kavkazu a stejnojmenným federálním obvodem (ačkoli není jeho centrem), ekonomickým, kulturním a vědeckým centrem jihu Ruska .