По преданию основание города связано с именем Тамерлана (Темир-Хана). В 1396 г. войско Тамерлана, возвращаясь из похода на Золотую Орду и Русь, стояло лагерем у озера, названного горцами Темир-Хан-Шура. Шура – по кумыкски "озеро", т.е. всё вместе "озеро Тамерлана". (Озеро осушено в 1854 г.).
Город выгодно расположен у горных проходов во внутренние районы Дагестана и в 1834 г. близ аула построены русские военные укрепления - крепость Темир-Хан-Шура. Во время Кавказской войны (1817-64 гг.) крепость Темир-Хан-Шура в 1843 г. выдержала полуторамесячную осаду горцев под предводительством имама Шамиля, в 1849 г. - налёт конников Хаджи-Мурата.

С 1847 г. - место пребывания управляющего гражданской частью в Прикаспийском крае, в 1860 г. - центр Дагестанской области. Город с 1866 г.

В 19 веке, особенно после окончания Кавказской войны, город привлекал к себе внимание деятелей культуры. В Темир-Хан-Шуре были поэты и писатели А.И. Полежаев, А.А. Бестужев-Марлинский, художники Ф.Т. Рубо, И.К. Айвазовский, Н.А. Ярошенко, писатель А. Дюма-отец и др.
В ноябре 1920 г. в Темир-Хан-Шуре провозглашена автономия Дагестана. В 1922 г. город переименован в честь участника борьбы за советскую власть в Дагестане Уллубия Д. Буйнакского (1890-1919 гг.).

Буйнакск сильно пострадал во время землетрясений в мае 1970 г. и январе 1975 г.

В 1999 г. в результате террористического акта 4 сентября в городе погибло более 60-ти человек, сотни получили ранения, разрушено два многоэтажных дома и десятки частных домов.