Das Mittelalter war schon weit fortgeschritten, als 1019/1020 erstmals der Name Bachercho in einer Urkunde genannt wird. Doch die Region war schon seit Jahrtausenden kontinuierlich besiedelt. Jungsteinzeitliche Hämmer und Beile sowie zahlreiche Äxte, Messer, Sicheln, Nadeln, Dolche und Schwerter der Bronzezeit wurden im 19. Jh. im Rhein gefunden. Im Wald haben sich Hügelgräber als sichtbarer Beweis der keltischen Besiedlung erhalten.
Die neuere Forschung führt den Ortsnamen auf das lateinische baccaracum zurück, was soviel wie Landgut des Baccarus bedeutet. Eine freigelegte antike Straße und mehrere archäologische Funde deuten ebenfalls auf die Anwesenheit der Römer hin. Die Franken, die als Söldner im römischen Heer dienten, traten ihre Nachfolge an, wie einige merowingische Reihengräber bezeugen.

Bacharach stand vermutlich schon seit dem frühen Mittelalter unter der Herrschaft der Kölner Erzbischöfe, die 1094 St. Peter mit den ihr angegliederten Kirchen dem Kölner St. Andreasstift übertrugen. Zum Schutz und zur Kontrolle der Verkehrswege ließ das Stift die Burg Stahleck erbauen und setzte Vögte ein. Schon in der zweiten Generation stiegen die Vögte zu Pfalzgrafen auf und erweiterten schnell ihren Machtbereich. Den Staufern und Welfen folgten die Wittelsbacher. Die Pfalzgrafen bauten Burgen und Kirchen, standen in ständiger Konkurrenz zu Köln und trugen mit ihrem Ehrgeiz zur Stadtwerdung Bacharachs bei.

Auch wenn keine formelle Stadtrechtsverleihung dokumentiert ist, so waren Bacharach und Diebach bereits 1254 im Rheinischen Städtebund vertreten. Bacharach bildete mit den Dörfern Steeg, Diebach, Manubach und den zugehörigen Höhenweilern Neurath, Medenscheid, Henschhausen, Winzberg und Breitscheid neben diversen Höfen eine Einheit. Diese Orte erhielten im 13. Jh. mit Bacharach als Mittelpunkt die Rechte eines gefreiten Dorfes und wurden daher Vierthäler genannt, wobei es sich hierbei nicht um einen geographischen, sondern um einen verfassungsrechtlichen Begriff handelt. Mit der Freiung waren städtische Privilegien wie Bürgerrecht, Recht auf freien Einzug, freies Erbrecht, Siegelrecht, Marktrecht und die Erlaubnis zum Bau von Stadtmauern verbunden. 1277 erwarb der Pfalzgraf Kaub. Den einträglichen Rheinzoll sicherten seine Nachfolger im Amt durch den Bau des Pfalzgrafenstein ab. Die Gerichtsbarkeit übten zunächst der Kölner Erzbischof, vertreten durch den Schultheiß, und der pfalzgräfliche Vogt gemeinsam aus. Von großer Bedeutung für die Vierthäler war die im Jahr 1356 von Ruprecht I. und Ruprecht II. beschlossene Ratsverfassung. Zwölf Bürger und zwölf Adlige bildeten den Rat. Die bürgerlichen Ratsmitglieder wurden als Ratsbürgermeister bezeichnet. Schon bald wählten die Bürger Gemeindebürgermeister, und so kam es, dass sich in jedem Vierthälerort ein Gemeindevorstand formte, der aus je einem Ratsbürgermeister und je einem von den Bürgern gewählten Bürgermeister bestand. Gemeinsam übernahmen sie die Verwaltungsgeschäfte für jeweils ein Jahr.

Bacharach zeichnete sich besonders im 14. Jh. durch seine namhaften Fürsten- und Städteversammlungen, seine prunkvollen Hochzeiten und seine rauschenden Feste aus und stieg unaufhaltsam zum Sitz eines kurpfälzischen Oberamtes auf. Zusammen mit seinen angeschlossenen Orten erfüllte es alle Kriterien, die eine Stadt als solche definieren. Auch die zeitweilige Verpfändung an den Erzbischof Balduin von Trier änderte daran nichts. Die Errichtung einer mächtigen Stadtbefestigung und eine eigene Münzprägung betonten die Stellung Bacharachs. Der kölnische Einfluss verringerte sich zunehmend. Mit der Erhebung des Rheinzolls, dem intensivierten Weinbau – insbesondere durch die Herstellung von Feuerwein – und dem Weinhandel kam der Wohlstand. Zechgesellschaften entstanden. Das Binger Loch war damals nur für kleine Schiffe befahrbar. Der Wein vom Oberrhein und aus dem Rheingau musste in Bacharach auf größere Schiffe umgeladen werden, bevor er weitertransportiert werden konnte. Auch das Holz aus dem Hinterland wurde hier verschifft. Außer dem Weinmarkt fanden regelmäßig Vieh- und Wochenmärkte statt. Handwerker, Kaufleute und Bankiers zogen in die Stadt. Wallfahrer, die zum Grab des als Märtyrer verehrten Knaben Werner pilgerten, spülten Geld in die Kassen der gotischen Kapelle und in die Kassen der Wirte.

Kurfürst Ottheinrich führte 1556 die Reformation ein, und das Kölner St. Andreasstift sah sich schon zwei Jahre später gezwungen, sämtliche Güter und Rechte an die pfälzischen Kurfürsten zu verkaufen. Das 17. Jh. stellte die Menschen vor große Herausforderungen. Während des Dreißigjährigen Krieges wurde die Stadt durch Eroberungen, Plünderungen und wechselnde Besatzungen wiederholt verwüstet. Die Pest forderte viele Opfer und – als wäre das alles noch nicht genug – brach am Ende des Jahrhunderts der Pfälzische Erbfolgekrieg aus, in dessen Verlauf die Truppen des französischen Königs Ludwig XIV. die Stadtmauerecktürme und die Burg Stahleck sprengten, deren Trümmer das Dach der Wernerkapelle schwer beschädigten. Die Ruine avancierte später zum Wahrzeichen von Bacharach. Aber auch in Friedenszeiten rissen unkontrollierbare Brände immer wieder Lücken in die Bebauung und vernichteten wichtige Dokumente zur Stadtgeschichte. Dennoch konnte Bacharach seine Bausubstanz des Spätmittelalters und der frühen Neuzeit weitgehend bewahren.

1685 ging die Herrschaft auf die katholische Linie Pfalz-Neuburg über und die Rekatholisierung begann. Die Kapuziner durften vor den Toren der Stadt ein Kloster bauen. Zwei Jahrzehnte später gewährte man auch den Lutheranern und Reformierten die volle Religionsfreiheit. Während der Revolutionskriege besetzten die Franzosen 1792/93 erstmals das linke Rheinufer, das man ihnen einige Jahre später offiziell zusprach. 1802 wurde im Zuge der Säkularisation die Kirche mit Ausnahme der Bistümer und Pfarreien enteignet und ihr Besitz versteigert. In der Neujahrsnacht 1814 überquerte der preußische Feldmarschall Blücher bei Kaub den Rhein und beendete die französische Herrschaft. Bacharach wurde preußisch. Bald darauf gehörte die Stadt zum neu geschaffenen Kreis St. Goar.

Der Wegfall des Zolls und der Verfall der Weinpreise führten zu einem Rückgang der Produktion, des Handels und des Verkehrs. Erst der am Beginn des 19. Jh. einsetzende Tourismus durch die „Entdeckung“ der Rheinromantik bewirkte einen nachhaltigen Aufschwung von Handel und Gewerbe in der Region, besonders die Winzer und Hoteliers profitierten davon. Im Posthof zu Bacharach stiegen Kaiser und Könige, Zaren und Prinzen und andere bekannte Persönlichkeiten des Hoch- und Ministerialadels ab. Die Bacharacher stellten sich auf die gestiegene Besucheranzahl ein und bauten die 1833 errichtete Kahnstation am Ende des 19. Jh. zu einer Schiffslandebrücke für Passagierdampfer aus. Voraussetzung für die Dampfschifffahrt war eine Regulierung des Rheins und die Beseitigung gefährlicher Felsen.

Mit dem Bau der Eisenbahn 1857 – 1859 begann das Zeitalter des Massentourismus. Berühmte Maler und Dichter aus ganz Europa zog es in die romantische mittelalterliche Stadt. Victor Hugo schwärmte von ihr, wohingegen die Darstellung der Judenpogrome in Heinrich Heines „Rabbi von Bacharach“ weitaus dunklere Kapitel der hiesigen Geschichte beleuchtet. Clemens Brentanos Zauberin Lore Lay soll in Bacharach gewohnt haben, bevor sie sich von einem Felsen stürzte – ihrer Legende entgegen. Aber auch ganz reale Personen, darunter Winand Ort von Steeg und Heinrich Stoll, beide bedeutende Theologen, sowie die Malerzwillinge Franz Gerhard und Carl Ferdinand von Kügelgen wurden im Vierthälergebiet geboren. Das Alte Haus war Schauplatz einer Operette und wanderte als Bühnenkulisse um die Welt.

Das heutige Stadtbild, das sich dem Besucher vom Rhein her bietet, ist auch dem Rheinischen Verein für Denkmalpflege und Heimatschutz zu verdanken, der die Burg wieder aufbauen und die Stadtbefestigung erneuern ließ. 1969 erfolgte die Eingliederung des Vierthälergebietes in den Kreis Mainz-Bingen. 2002 hat die UNESCO es in ihre Liste als Welterbe Oberes Mittelrheintal aufgenommen.