A colonização iniciou-se por volta de 1721, quando as áreas delimitadas pelo rio Paranapanema e Serra de Botucatu foram divididas em sesmarias, sendo uma delas, a Fazenda Santo Inácio, concedida aos jesuítas. Estes religiosos, liderados pelo Padre Estanislau de Campos, iniciaram a agropecuária, mas as dificuldades inerentes da época, retardaram a efetiva ocupação da região, apesar do Governo Provincial tê-la incentivado, em 1776, concedendo terras aos povoadores.
A Fazenda Santo Inácio, confiscada pela Coroa quando os jesuítas foram expulsos dos domínios portugueses, em 1759, foi levada à hasta pública, com a denominação de Fazenda Boa Vista de Botucatu. Foi arrematada pelos sorocabanos Paulo Aires de Aguirre e pelo Sargento-Mor Manuel Joaquim da Silva Castro, que a subdividiu em várias pequenas propriedades agrícolas e de criação de gado.
A afluência de imigrantes atraídos pela expansão do café do tipo amarelo, no Oeste Paulista, transformou Botucatu num Centro Regional. Com a decadência da cafeicultura, por volta de 1930, houve ascensão da agropecuária, e, nos últimos anos, as atividades industriais.
O nome da cidade vem de Ibytu-katu, que em tupi significa 'bons ares'.

Pela Lei n.º 4.370, de 07 de abril de 2003, é considerado o dia 23 de dezembro de 1843 para efeitos históricos, a data de Fundação de Botucatu, data esta em que ocorreu a doação de terras para a criação do Patrimônio da Freguesia de Sant'Anna de Botucatu, pelo Capitão José Gomes Pinheiro Vellozo.
Pela Lei Provincial n.º 7, de 19-02-1846, é criada a Freguesia do Distrito do Cimo da Serra de Botucatu subordinada ao município de Itapetininga.
Elevado à categoria de vila com a denominação de Botucatu, pela Lei Provincial n.º 17, de 14-04-1855, desmembrado de Itapetininga. Sede na antiga povoação de Constituído do distrito sede. Instalado em 27-09-1858.
Em 20 de abril de 1866 é criada a Comarca de Botucatu.
Pela Lei Provincial n.º 6, de 28-02-1866, é criado o distrito de Rio Bonito e anexado ao município de Botucatu.
Elevado à condição de cidade com a denominação de Botucatu, pela Lei Provincial n.º 18, de 16-03-1876.
Pela Lei Provincial n.º 75, de 21-04-1880, desmembra-se do município de Botucatu o distrito de Rio Bonito. Elevado à categoria de município.
Pelo Decreto n.º 160, de 24-04-1891, é criado o distrito de Espírito Santo do Rio Pardo e anexado ao município de Botucatu.
Pela Lei n.º 639, de 29-07-1899, é criado o distrito de Prata e anexado ao município de Botucatu.
Em divisão administrativa referente ao ano de 1911, o município é constituído de 3 distritos: Botucatu, Espírito Santo do Rio Pardo e Prata.
Pela Lei n.º 2.302, de 05-12-1928, é criado o distrito de Vitória e anexado ao município de Botucatu.
Em divisão administrativa referente ao ano de 1933, o município é constituído de 4 distritos: Botucatu, Espírito Santo do Rio Pardo, Prata e Vitória.
Assim permanecendo em divisões territoriais datadas de 31-12-1936 e 31-12-1937.
Pelo Decreto Estadual n.º 9.775, de 30-11-1938, o distrito de Prata foi transferido de Botucatu para o novo município de São Manuel.
Pelo Decreto-lei Estadual n.º 14.334, de 30-11-1944, é criado o distrito de Porto Martins com terras desmembradas do distrito de Vitória e anexado ao município de Botucatu. (O Decreto-lei Estadual acima altera as denominações dos distritos Espírito Santo do Rio Pardo, tomou o nome de Pardinho e Vitória a chamar-se Vitoriana).
Em divisão territorial datada de 01-07-1950, o município é constituído de 4 distritos: Botucatu, Pardinho (ex-Espírito Santo do Rio Pardo), Porto Martins e Vitoriana (ex-Vitória).
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 01-07-1955.
Pela Lei Estadual n.º 5.285, de 18-02-1959, é criado o distrito de Rubião Junior e anexado ao município de Botucatu. A Lei Estadual acima citada extinguiu o distrito de Porto Martins, sendo seu território anexado ao distrito sede do município de Botucatu.
Em divisão territorial datada de 01-07-1960, o município é constituído de 3 distritos: Botucatu, Rubião Junior e Vitoriana.
Em divisão territorial datada de 1995, o município de Botucatu é constituído de 3 distritos: Botucatu, Rubião Junior e Vitoriana.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 2018.