Поселення засноване як залізнична станція в 1881 р. під час будівництва Єкатерининської залізниці. На початку ХХ ст. у Волновасі було 45 дворів, мешкало близько 250 чоловік. До 1915 р. нараховувалося 108 дворів і 634 жителів. Були крамниця, базар, приватна пекарня, школа.
У 1895 р. на станції побудували вокзал, у 1896 р. — паровозне депо, в 1900 р. між Юзівкою і Маріуполем через Волноваху прокладена друга колія. У 1905 р. станція стала вузловою. У 1908 р. у Волноваху з Дебальцевого була переведена школа артільних старост — перша в Росії школа з підготовки майстрів (артільних старост) для будівництва залізниць.
У 1914—1916 роках у Волновасі становим приставом 2-го стану Маріупольського повіту в чині губернського секретаря служив Василь Сергійович Веселаго. Василь Веселаго закінчив фельдшерську школу в Кронштадті, служив на флоті в Севастополі. Емігрував в 1919 році. Як лікар брав участь у французькому Русі Опору.
Розвитку залізничного вузла і селища сприяла індустріалізація країни. У роки перших п’ятирічок побудовані хлібозавод, завод безалкогольних напоїв, харчокомбінат, друкарня.
Статус міста Волноваха отримала в 1938 р. Населення її в 1939 р. склало 15,3 тис. чол. Тут працювали дві середні і семирічна школи, дві лікарні, поліклініка, дитячий сад, стадіон, фабрика-кухня, палац культури, три бібліотеки, близько 20 магазинів. У структуру міста входили два колгоспи і радгосп.
У повоєнні роки Волноваха стала значним центром харчової промисловості і будівельної індустрії.
Вночі з 21 на 22 травня 2014 року, ближче о 06:00 години ранку між Великоанадолем (Ольгинка) і Володимирівкою поблизу міста Волноваха стались бойові зіткнення бойовиків ДНР з українськими військовими 51-ї механізованої бригади[5]. За словами очевидців, бойовики приїхали на інкасаторських авто «Приватбанку», стріляли з гранатометів і ПЗРК, кулеметів. Солдатів було чоловік 30, 3 БТР або БМП. Під час обстрілу один із зарядів влучив у бойову машину, яка перебувала на блокпосту, що спричинило вибух боєкомплекту. Внаслідок бою 16 військових загинуло, 18 поранено. Загалом до місцевої лікарні було доправлено з вогнепальними пораненнями 31 людину.
Відповідальність за напад на українських військових взяв на себе підполковник ГРУ ГШ Збройних Сил Російської Федерації Ігор Безлер. За його словами, серед нападників є один загиблий.
Цей напад бойовиків став найкривавішим за кількістю жертв від початку антитерористичної операції на сході України, кількість загиблих була більшою, аніж у боях 13 травня на околицях села Маячка Слов’янського району.
Того ж дня ще один український військовослужбовець загинув та двоє дістали поранення внаслідок обстрілу терористами колони військової техніки, яка здійснювала передислокацію і активних дій не вела, поблизу міста Рубіжне Луганської області.
За словами в.о. президента України Олександра Турчинова, під час протистояння між терористами та військовими загинули 13 українських бійців.
За даними департаменту охорони здоров’я Донецької облдержадміністрації загальна кількість загиблих станом на 22 травня становила 16 осіб.
7 липня 2014 року, після двомісячної відсутності, над міською адміністрацією знову замайорів український прапор.
Уранці 21 серпня 2014 р. зазнав смертельного поранення лейтенант 1129-го полку Андрій Єременко під час артилерійського обстрілу терористами позицій зенітно-ракетної батареї, захищаючи особовий склад підрозділу та старшого за званням офіцера. 29 серпня на блокпосту під Волновахою загинув лейтенант 72-ї бригади Олександр Устименко. 2 вересня з’явилася інформація, що українські добровольчі батальйони відходять з міста після значного збільшення регулярних російських військ в зоні конфлікту, щоб укріпитися на березі річки Кальміус. 7 вересня підрозділ 72-ї бригади під керунком старшого лейтенанта Олександр Білаша після попередньої розвідки здійснив обстріл позицій терористів з реактивної артилерійської установки БМ-21 «Град». Внаслідок цих дій було знищено 5 одиниць важкої техніки та живу силу противника біля міста Волноваха. На початку жовтня-2014 до Волновахи стягуються російські підрозділи, йдуть перестрілки, зранку 7 жовтня знову почалися бої українських військових з терористами. 10 жовтня під Волновахою зазнав множинних поранень солдат Держприкордонслужби Рустам Росул.
У день виборів до Верховної Ради 26 жовтня 2014 року в місті неподалік від місця ОВК № 60 почалися бойові дії, члени окружної комісії тимчасово призупинили роботу.
21 листопада терористи намагалися підірвати блокпост української армії автомобілем з вибухівкою. Черговий на блокпосту намагався зупинити автівку попереджувальними пострілами, водій не відреагував і на швидкості врізався в бетонне укріплення. Водію вдалося утекти, в автомобілі виявлено вибуховий пристрій, сапери вибухівку знешкодили.
Під час контрбатарейних перестрілок та ударів української артилерії по позиціях російсько-терористичних військ в районі Волноваха — Новотроїцьке — Докучаєвськ 5 грудня, передові підрозділи противника в напрямі Волновахи зазнали суттєвих втрат. Кілька блок-постів та укріплених позицій терористів знищені; трупи й поранені терористи вивозять в район Оленівки, на деяких знищених позиціях противник не проводить вивіз тіл убитих бойовиків.
29 грудня на блокпосту під Волновахою загинув солдат Львівського прикордонного загону Салівончик Володимир Володимирович. Загинув у бою 30 грудня 2014 р. під Волновахою старшина 156-го артилерійського полку Валентин Драчук.
12 квітня 2015-го в місці дислокації військової частини неподалік Волновахи підірвався на гранаті солдат 1-ї танкової бригади Анатолій Дубчак — ішов перевірити перебитий електрокабель. Це сталося за 7 метрів від намету з 13 військовослужбовцями.
Теракт 13 січня 2015 року
13 січня 2015 року внаслідок теракту бойовиків «ДНР» загинуло 12 мирних жителів, ще 16 поранено.
Розслідування Служби безпеки України встановило виконавців обстрілу — артилерійський дивізіон 5-ї мотострілецької бригади «Оплот» під командуванням полковника РФ Анатолія Сінєльнікова, і безпосереднього керівника обстрілу — командира «реактивного дивізіону „Ангели аду“» Шпакова Ю. М., громадянина України. 4 червня 2021 року, відповідно до рішення Куйбишевського районного суду Запорізької області, Шпакова заочно засуджено до довічного позбавлення волі з конфіскацією майна.
Новітня історія
У травні 2015 року у місті зареєстрована громада Української Православної Церкви Київського Патріархату.
У жовтні 2015 р. знесено пам’ятник В. І. Леніну.
В травні 2018 року освячено храм Святого Миколая Чудотворця Київського патріархату, побудований на честь 18-х загиблих бійців 51-ї окремої механізованої бригади.
17 червня 2018 року у Волновасі відкрили та освятили новий храм УГКЦ Благовіщення Пречистої Діви Марії.
Під час російського вторгнення 2022 року місто було майже повністю знищене, а місцеві — евакуйовані. З 11 березня 2022 року місто окуповано рашистськими військами.
