23 мая 1747 года основан как посёлок Каслинский при строительстве промышленниками Коробковыми чугуноплавильного и железоделательного завода. Летом 1910 года город Касли Екатеринбургского уезда Пермской губернии становится сюжетом серии цветных фотографий российского фотографа Сергея Михайловича Прокудина-Горского. Цветные фотографии позволяют особо ярко оценить неизменность внешнего облика города.

25 февраля 1929 года Касли становится посёлком городского типа, а 29 июля 1942 года получает статус города. 29 сентября 1957 года в результате аварии на закрытом заводе «Маяк», производившего плутоний-238, город вошёл в полосу отчуждения из которой выселяли жителей. 1 февраля 1963 года Каслинский район был упразднён,
его территория была передана Кунашакскому району, а город Касли был передан
в административно-территориальное подчинение городу Кыштыму. 12 января 1965 года Каслинский район был восстановлен, а город Касли стал городом областного подчинения.