Secondo le fonti storiche il primo insediamento abitativo fu legato ad un primitivo stanziamento dell'Impero romano nei primi secoli dopo Cristo. Proprio l'antico toponimo del comune, Arentianis, risalirebbe a una proprietà o possedimento della famiglia dei Liguri Arentii. Secondo altre ipotesi il toponimo deriverebbe dal nome romano Ara Jani (ovvero "altare di Giano") o ancora da "arx Jani" (Rocca di Giano). Secondo altre interpretazioni, il toponimo potrebbe derivare da arenae sinus (insenatura sabbiosa), o ancora dalle parole celtiche "halen" (mare) e "sine" (punta), che significherebbero insieme "promontorio sul mare".

 

Legami con dominazioni precedenti e di epoca celto-liguri, sembrano essere poi alcuni toponimi locali come ad esempio quello di Capo Panagio, dove sembrerebbe identificarsi un riferimento al dio Pan o alle due parole "fan" che in celtico significa fermare, sostare, e la parola "eaz" che significa comodo, quindi con riferimento al fatto che la terra di Arenzano potesse essere stata già in epoca antica un porto sicuro al quale attraccare.

 

All'epoca l'insediamento romano, Arentianis era collegato ad altre località del ponente ligure attraverso una strada mulattiera di circa 2 metri di larghezza e che scorreva a 120 metri sul livello del mare e giungeva da Vesima in località Campo, attraversando il torrente Lupara per poi portarsi sino all'attuale Piazza della Vittoria dove sorgeva un quadrivio che sviluppava il resto delle vie di un altro insediamento all'epoca presente nell'area, quello di Hasta, che corrispondeva all'attuale centro cittadino, il nome col quale il borgo divenne noto anche sulla Tabula Peutingeriana del III secolo. Su tale documento, inoltre, la località di Hasta è riportata come distante circa 20 miglia dalla città di Genua (Genova), ovvero 29,6 km, cifra che corrisponde esattamente alla distanza registrata attualmente dalle carte dell'Istituto Geografico Militare.

 

Testimonianze della Arenzano romana sono un'anfora risalente all'80 a. C. e rinvenuta nel mare locale nel 1955. Una seconda anfora è stata ritrovata nel 1987, sempre nel golfo arenzanese e risalente al I secolo a.C. Nel 1987 è stata rinvenuta inoltre parte di un'ancora del medesimo periodo.

 

Così come i centri e i borghi vicini seguì in epoca alto medievale, e quindi nel Medioevo, le vicissitudini storiche della vicina Genova. Nell'età medievale subì invasioni barbariche e nel X secolo fu occupato dai pirati saraceni che ne fecero un fortificato presidio.

 

Compreso nella Marca Obertenga, riprese vigore con la cacciata dei saraceni. Documenti e riferimenti del XII secolo attestano le antiche e principali attività del borgo di Arenzano: la cantieristica navale e la vita marinara che portarono gli abitanti nelle colonie genovesi della Corsica, del Mar Nero e dell'Oriente.

 

Territorialmente rientrò ben presto nei possedimenti della Repubblica di Genova ed in particolare della vicina Voltri alla quale Arenzano fu inglobata nella sua podesteria e nel successivo capitaneato. Sempre nel Medioevo riferimenti storici attestano la divisione del borgo, a seconda dei periodi, in due nuclei abitativi: Arenzano sottana e Arenzano soprana; quest'ultima potrebbe trattarsi dell'odierna frazione di Terralba, celebre per la notevole presenza di giacimenti di tufo.

 

Nel corso dei secoli, soprattutto nel XVII secolo, subì le incursioni dei pirati tanto da costringere la comunità locale a procedere a una fortificazione del borgo. Così come la repubblica genovese anche il borgo marinaro di Arenzano subì tra il 1746 e il 1747 le conseguenze della guerra di successione austriaca; a questo periodo storico le cronache locali ricordano le gesta del concittadino corsaro Capitan Romeo che, alleato dei Genovesi e dei Franco-Spagnoli, diede un modesto contributo nella guerra marittima contro gli Anglo-Austro-Piemontesi.

 

Con l'avvento della dominazione napoleonica - che causò la caduta della Repubblica di Genova - il territorio di Arenzano rientrò dal 2 dicembre 1797 nel dipartimento della Cerusa, con capoluogo Voltri, all'interno della Repubblica Ligure; dal 28 aprile 1798 divenne il capoluogo del II cantone della giurisdizione della Cerusa e dal 1803 centro principale del IV cantone della Cerusa nella giurisdizione del Centro. Soppressa la repubblica e annessa al Primo Impero francese, dal 13 giugno 1805 al 1814 il territorio di Arenzano fu inserito nel dipartimento di Genova sotto la giurisdizione del circondario di Genova.

 

Con la caduta di Napoleone Bonaparte il territorio fu inglobato nel Regno di Sardegna - così come stabilì il congresso di Vienna - e successivamente nel Regno d'Italia dal 1861. Dal 1859 al 1926 Arenzano fu compresa nel XIII° mandamento di Voltri del circondario di Genova dell'allora Provincia di Genova.

 

Sul finire del XIX secolo, dopo una prima flessione dello sviluppo economico, quest'ultimo ebbe una sostanziale ripresa con un nuovo avvio dell'attività cantieristica, cartaria e di altre industrie. Le dure condizioni della vita contadina e le restrizioni dei proprietari terrieri provocarono però da un lato il sempre più crescente fenomeno dell'emigrazione verso il ponente della Liguria, soprattutto nella zona agricola della piana di Albenga, nelle grandi e vicine industrie di Genova o ancora nelle Americhe. Fu in questo contesto di crisi che si alimentò e sfociò la rivolta popolare nei primi anni del XX secolo contro un possibile sfruttamento esterno delle risorse idriche.

 

Dopo la seconda guerra mondiale la sempre maggiore flessione dell'attività cantieristica navale porterà inevitabilmente alla nascita dello sviluppo turistico, con la conversione del litorale da sede di cantieri navali all'attività balneare estiva e l'apertura di nuove strutture ricettive vacanziere.

 

Dal 1973 al 31 dicembre 2008 è stata la sede amministrativa della Comunità montana Argentea.