Město mělo zpočátku pouze málo obyvatel, jejichž nejdůležitější úlohou bylo pečovat o prameny. Karlovy Vary se zpočátku rozvíjely pomalým tempem. Husitské války město nikterak nezasáhly, protože nebylo chápáno jako strategicky významné. Z postupně rozvíjejícího lázeňství začalo město pomalu bohatnout. Růst byl ale brzděn několika neštěstími, kterými bylo město zasaženo. V roce 1582 se prohnala městem povodeň a v roce 1609 ničivý požár, který zničil 99 domů ze 102. Následný rychlý růst přerušila třicetiletá válka, kvůli které poklesl počet obyvatel a také počet lázeňských hostů. Konec 17. století zahajuje ve městě opětovný růst. Karlovy Vary začínají navštěvovat významné evropské osobnosti. Město se začalo rozrůstat o nové budovy (např. divadlo nebo Saský a Český sál, které se staly základem pro Grandhotel Pupp aj.). V roce 1759 poničily město opět plameny. Z požáru se ale již město díky svému věhlasu poměrně rychle vzpamatovalo. Napoleonské války svým způsobem městu spíše prospěly. Díky své dostatečné vzdálenosti od bojišť přetáhly návštěvníky slavných lázeňských měst západní Evropy. Za architektonickou proměnou k secesi koncem 19. století stojí z velké části vídeňští architekti Ferdinand Fellner a Hermann Helmer, kteří vyprojektovali ve městě 20 významných staveb. V letech 1870–1871 bylo propojeno město s Chebem a Prahou prostřednictvím železnice, na kterou posléze navázaly také regionální spoje.