Najstarsze ślady osadnictwa na terenach Bychawy i okolic pochodzą z okresu przedpiastowskiego (sprzed X wieku) oraz wczesnopiastowskiego. W miejscowości Zdrapy odnaleziono pozostałości osady datowane na VIII–X wiek. Na owalnym pagórku położonym wśród dawnych rozlewisk rzeki Kosarzewki istniało grodzisko przedpiastowskie, zamieszkiwane prawdopodobnie przez grupę należącą do plemienia Lędzian. Jego położenie na cyplu zboczy podcinanych przez meandrujące rzeki nadawało mu wyraźny charakter obronny.

Przypuszcza się, że rozległe obszary obejmujące współczesną Bychawę i Bychawkę zostały w XII lub XIII wieku nadane nieznanemu z imienia żołnierzowi przez władcę dzielnicy sandomierskiej, do której wówczas należała ziemia lubelska. Wraz z dynamicznym rozwojem okolicy podjęto budowę kościoła św. Piotra i Pawła oraz powołano parafię obejmującą okoliczne wsie: Stróżę, Piczkowice i Gałęzów.

Pierwszym znanym właścicielem Bychawy był Adam z Bychawy, zamożny szlachcic i sędzia ziemski lubelski, żyjący w XIV wieku. Po nim dobra przejął Jan, łowczy lubelski, rządzący w I połowie XV wieku. Najprawdopodobniej jego synowie, Andrzej i Jan, byli kolejnymi właścicielami. Andrzej zasłynął udziałem w wojnie z Krzyżakami – walczył pod Grunwaldem, o czym wspominał Jan Długosz. W latach 1419–1430 pełnił funkcję wojskiego lubelskiego, a następnie objął stanowisko starosty. Jego syn, również Jan, kontynuował zarządzanie dobrami bychawskimi i zajmował się zakładaniem nowych osad. Spadkobiercami Bychawy zostali później synowie Jana – Andrzej i Hieronim. Mimo trudności finansowych właściciele rozpoczęli starania o lokację miasta. Umożliwił ją Mikołaj Pilecki herbu Leliwa, który w 1521 roku zakupił dobra od Mikołaja Firleja, kasztelana krakowskiego.

Kluczowym momentem w dziejach Bychawy było nadanie 16 maja 1537 roku przez króla Zygmunta Starego przywileju lokacyjnego. Osada otrzymała prawo miejskie oparte na prawie magdeburskim, które regulowało jej funkcjonowanie. Wśród najważniejszych przywilejów znalazły się m.in.:
– zgoda na organizację dwóch dorocznych jarmarków: 1 maja (święto św. Filipa i Jakuba) oraz 25 stycznia (Nawrócenie św. Pawła),
– prawo prowadzenia wolnego targu na mięso w dni targowe,
– możliwość organizowania cotygodniowego targu we wtorki (tradycja ta przetrwała do dziś),
– dziesięcioletnie zwolnienie z podatków na rzecz króla i państwa, z wyjątkiem czopowego,
– zwolnienie od ceł krajowych i pogranicznych.

Dzięki tym prawom Bychawa zaczęła szybko się rozwijać. Handel kwitł, a do miasta przybywali kupcy z Rusi Czerwonej, południowej Małopolski, mieszkańcy okolicznych wsi, miast oraz lokalna szlachta.

W drugiej połowie XVI wieku właścicielami Bychawy została rodzina Myszkowskich z Mirowa, która zarządzała miastem od 1552 roku do końca stulecia. Andrzej Myszkowski, podczaszy i kasztelan lubelski, był gorliwym zwolennikiem kalwinizmu i za jego zgodą kościół parafialny przekształcono w zbór. Dzięki temu Bychawa stała się ważnym ośrodkiem reformacji, w którym odbywały się synody kościoła ewangelicko-reformowanego, uczestniczył w nich m.in. młody Jan Zamoyski. Pod koniec XVI wieku miasto dynamicznie się rozwijało i liczyło około tysiąca mieszkańców. Ludność zajmowała się handlem, rzemiosłem – w tym rzadką produkcją broni – usługami oraz rolnictwem.

W XVII wieku nastąpiły znaczące zmiany, m.in. reaktywowano parafię katolicką i przed 1639 rokiem wzniesiono murowany kościół św. Jana Chrzciciela. Władysław IV, w stulecie lokacji, potwierdził i rozszerzył przywileje miejskie. Rozwój Bychawy zahamowały jednak trudne czasy – powstanie kozackie oraz potop szwedzki. W 1649 roku wojska Chmielnickiego zniszczyły miasto, a kolejne zniszczenia przyniosły wojny szwedzkie. Odbudowa trwała około trzydziestu lat.

W XVIII wieku właściciel ziem bychawskich Andrzej Leopold Ossowski podjął przebudowę zamku, ukończoną w latach 30. XVIII wieku przez Dominika Stoińskiego. W tym samym czasie proboszcz Aleksander Siernicki częściowo odnowił kościół.

Rozbiory Rzeczypospolitej znacząco zahamowały rozwój Bychawy. Częste zmiany właścicieli w XVII i XVIII wieku również wpłynęły negatywnie na miasto. Po wojnie polsko-austriackiej w 1809 roku Bychawa znalazła się w granicach Księstwa Warszawskiego, utworzono odrębną gminę i powołano burmistrza. Kolejne konflikty – w tym powstanie listopadowe, w którym mieszkańcy czynnie uczestniczyli – przyczyniły się do dalszych strat. Po upadku powstania styczniowego Bychawa utraciła prawa miejskie i została zdegradowana do rangi osady aż do 1958 roku. Władzę sprawował wójt, wspierany przez ławników i pisarza gminnego. Miasto borykało się z trudnościami finansowymi; dochody pochodziły głównie z podatków gruntowych i od nieruchomości.

W 1877 roku wielki pożar zniszczył niemal całą Bychawę. Pod koniec XIX wieku, dzięki wysiłkowi mieszkańców oraz licznym wyrzeczeniom, miasto odbudowano. Powstały wówczas m.in. szkoła, poczta, posterunek policji, apteka oraz gabinet lekarski.

XX wiek przyniósł dalszy rozwój – zbudowano szpital (1909), straż pożarną (1906), kasę Bychawskiego Towarzystwa Kredytowego, Spółdzielnię Spożywców „Jedność” oraz lokalną gazetę „Nowa Jutrzenka”. Inspiratorami przemian byli duchowni: ks. Wojciech Makara i ks. Antoni Kwiatkowski, współpracujący z miejscową szlachtą, mieszczanami i chłopami, zwłaszcza rodzinami Koźmianów, Przewłockich, Kowerskich i Antonim Budnym.

I wojna światowa spowodowała znaczne zniszczenia, jednak Bychawa rozwijała działalność patriotyczną, polityczną i oświatową – w 1917 roku powstała szkoła handlowa i rzemieślnicza. W okresie międzywojennym miasto rozrastało się, przybywało mieszkańców, modernizowano istniejące instytucje oraz infrastrukturę: rozbudowano młyny i cegielnie, brukowano ulice, częściowo zelektryfikowano miasto.

II wojna światowa nie przyniosła Bychawie większych zniszczeń, gdyż front ominął miejscowość. Mieszkańcy dotkliwie odczuli jednak kontyngenty i wywózki na roboty, wiele osób trafiło do więzień i obozów pracy. W grudniu 1940 roku Niemcy utworzyli w Bychawie getto; większość społeczności żydowskiej została zamordowana. W okolicy działały struktury Armii Krajowej i Batalionów Chłopskich. W lipcu 1944 roku, podczas akcji „Burza”, partyzanci wyzwolili miasto.

Po wojnie przeprowadzono uwłaszczenie, uregulowano własność gospodarstw, Bychawa została zelektryfikowana i podłączona do sieci energetycznej (1947), powstała szkoła średnia. Przełomowym momentem był rok 1956 – powołano powiat bychawski, a Bychawa odzyskała prawa miejskie. Powiat istniał do reformy administracyjnej 1975 roku. W tym czasie utworzono ważne instytucje, m.in. Dom Kultury, Powiatowy Zarząd Dróg Lokalnych, Spółdzielnię Mieszkaniową, komendę powiatową MO oraz Posterunek Zawodowej Straży Pożarnej.