O inicio da exploração e povoamento de Votorantim aconteceu em meados do século XVII, quando Paschoal Moreira Cabral, primeiro habitante do município, parente de Baltazar Fernandes, fundador de Sorocaba, instalou-se no local conhecido como Itapeva (pedra chata), hoje sede da Fazenda de São Francisco, de propriedade do Grupo Votorantim, iniciando o período rural com a plantação de cana e instalação da primeira moenda, utilizando-se do trabalho de índios escravizados.
Em 1679, foi construída, no terreiro da casa grande, uma capela em homenagem a Nossa Senhora do Pópulo. Posteriormente essa capela foi enriquecida com a imagem de São Francisco, que deu nome a serra e à fazenda.
Na época, também, eram explorados o cultivo de produtos de sobrevivência e a pecuária. O número de habitantes era pequeno e o comércio rudimentar.
Por volta de 1750, numa sucessão de compras e vendas, a fazenda chegaria às mãos do Capitão Mor Manoel Fabiano de Madureira. Essa mesma fazenda, em 1890, seria vendida ao Banco União de São Paulo.
A maior atração local era uma cachoeira denominada pelos indígenas de 'Botu-ra-ti'/Boturantim, cujo étimo em tupi guarani significa Grande Espuma Branca/Cascata Branca, originando o nome Votorantim, atribuído ao vilarejo e posteriormente ao município.
Conta-se que a cachoeira era de tal beleza, pelo volume de água e recantos naturais, que teria motivado a vinda do imperador D. Pedro II e da Imperatriz D. Tereza Cristina, para apreciar a região.
Os empreendimentos industriais implantados pelo Banco União no final do século XIX e pelo imigrante português Antonio Pereira Inácio, no inicio do século XX, deram novos impulsos ao local.
O primeiro empreendimento industrial implantado na região pelo Banco União de São Paulo em parceria com os ingleses, deu-se, em 1890, com escolha de uma antiga propriedade dos Madureira, que levava o nome de 'Cachoeira', para a construção da barragem das corredeiras do Rio Grande.
Dessa forma, foi montada e acionada a primeira usina. Nascia, assim, a chamada fase industrial com a instalação da Fábrica de Chitas, que começou a funcionar em 1.892, iniciando a ação que se fundiu com a imigração italiana em Votorantim.
O potencial hidrográfico e a topografia de Votorantim foram de notória importância para a consolidação de seu desenvolvimento, tendo em vista que favoreceram investimentos hidroelétricos, como a usina de Itupararanga, inaugurada em 1.914, considerada de grande porte para a época, cuja energia gerada seguia na totalidade para a cidade de São Paulo.
Outras usinas foram construídas, possibilitadas pela exuberância das cachoeiras, formadas na extensão do curso em declive do Rio Grande, como Ligth, Santa Helena, Votocel e Cachoeira da Chave, marcando a origem dos povoados que surgiram ao seu redor.
Em 1940 ocorreu outra imigração, pela oferta de empregos na tecelagem da Fábrica de Chitas e na Fábrica de Cimento Votoran, já construída e em funcionamento.
Os imigrantes assentavam-se nos mesmos bairros, considerando que muitos formavam grupos ligados por parentesco. Legaram ao município seus costumes, seu folclore, a arte musical e, especialmente, contribuíram para o seu desenvolvimento.

Distrito criado com a denominação de Votorantim, pela Lei Estadual n.º 1.250, de 18-08-1911, subordinado ao município de Sorocaba.
Em divisão administrativa referente ao ano de 1911, o distrito de Votorantim figura no município de Sorocaba.
Assim permanecendo em divisão administrativa referente ao ano de 1933.
No quadro fixado para vigorar no período de 1944-1948, o distrito de Votorantim figura no município de Sorocaba.
Em divisão territorial datada de 1-VII-1955, o distrito de Votorantim permanece no município de Sorocaba.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 01-VII-1960.
Elevado à categoria de município com a denominação de Votorantim, pela Lei Estadual n.º 8.092, de 28-02-1964, desmembrado de Sorocaba. Sede no antigo distrito de Votorantim. Constituído do distrito sede. Instalado em 27-03-1965.
Em divisão territorial datada de 1-I-1979, o município é constituído do distrito sede.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 2009.