Divriği ve civarında, M.Ö. 2000'den itibaren çeşitli dönemlerde Hitit, Pers, Makedon, Roma, Sasani, Pavlikian, Bizans, Selçuklu ve Osmanlılar hakim olmuştur. Kente çeşitli dönemlerde verilen adlar kentteki kültür birikimini göstermektedir: 'el-Abrig' (Arapça), 'Tephrice' (Tefrike, Bizans), 'Difrigi' (Selçuk), 'Divrik' veya 'Divrigi' (Osmanlı).

Kent Makedonya, Roma-Sasani, Bizans-Arap bölgeleri arasında bir sınır alanı konumunda bulunmuştur. 9. yüzyıldaki Pavlikian (Paulicien, Ar. Baylakani, Paulusçu) hakimiyeti bu sınır alanı konumun bir göstergesidir. Kiliselere, ayinlere, ruhban sınıfına, vaazlara karşı çıkan Paulusçuların Bizans merkezi yönetimi tarafından sapkın  kabul edilmesi Araplarla müttefik olmalarını kolaylaştırdı. Araplarla beraber Bizans'a karşı savaştılar. Önderleri Sergius, Abrik (Divriği) kayalıklarındaki Tephrike (Divriği) Kalesi'nde surları ve su yollarını tamir ettirmiştir. Malatya emirinden destek alabilmek için Paulusçuların bir kısmı İslamiyet'e geçti. Öte yandan, Sergius'un oğlu Karbeas'ın yönetimindeki Tephrike monarklığı, Bizans topraklarının en doğu noktasında, Arap topraklarının ise en batısında yer alan tampon bölge olarak bağımsızlığını sürdürdü. Pavlikianların Tephrike prensliğinin saldırgan mensupları, 9. yüzyılın ikinci yarısındaki akınları sırasında Ankyra (Ankara), Malegena (Eskişehir dolayları) ve hatta Efes'e kadar ilerledi. Bu mezhebi ve mensuplarını ortadan kaldırmaya kararlı olan Bizans İmparatoru Basileos, çıktığı askeri seferlerin ancak üçüncüsünde, 872 yılında, kartal yuvasını andıran Tephrike Kalesi'ni zapt edebildi; destekçi Arap kuvvetlerini de ortadan kaldırdı. Bu olay Kurdeşen mezarlığının kurulmasının başlangıcıdır. Bu yenilgi Pavlikian mezhebi ve onun mensuplarının da sonunu getirdi. Birçoğuna soykırım uygulanıp, kalanlar ise zorla Ortodoksluğa geçirilip, Trakya'ya sürüldüler. Heterodoks Türkmenlerin 13. yüzyıldaki Babaîler isyanı da daha önce Paulusçuların yaşadığı Divriği'nin içinde bulunduğu Yukarı Kızılırmak havzasında ortaya çıktı. Araştırmacılar dualizm ve semavî kurtarıcı gibi bazı ortak inanç ögelerinden hareketle bu isyanı bölgedeki geleneğin bir diğer dışavurumu olarak değerlendirir. Bölgenin Kafkasya, İran ve Arap yarımadasi arasındaki konumu ortaçağ ve öncesinde güney, doğu ve kuzeyden gelen düşünce akımlarına açık olmasını doğurmuştur.   

Divriği'nin Türk devri, Oğuz beylerinden Emir Mengücek Gazi'nin kurduğu Mengücekoğullarının Divriği kolunun tarihi ile özdeşleşmiştir. Mengücekoğulları, ilk Anadolu Türk beyliklerinin en eskisi ve en uzun yaşayanıydı. Divriği Ulu Camii ve Darüşşifası'ndan oluşan külliyenin bânisi Ahmed Şah, Divriği Mengüceklerinin dördüncü melikiydi. Divriği Mengüceklerinin herhangi bir savaşa karışmamış olması, barışçı ve itaatkâr bir emirlik olduklarını düşündürtür. Konya Selçuklu hükümdarı II. Kılıçarslan 1180'de Danışmendleri, Alâeddin Keykûbad ise Mengücekoğullarının Erzincan-Kemah kolunu Ulu Cami'nin temellerinin atıldığı 1228 yılında ortadan kaldırmıştı. Divriği Mengüceklerinin İlhanlı egemenliğine kadar hüküm sürdürmesi izledikleri bu siyasetin başarısına bağlanır. Konya Selçuklularının hükümdarı Alâeddin Keykûbad'ın adının Divriği Ulu Cami'nin portali üzerinde son derece sıradışı bir biçimde Ahmed Şah'ın yapı kitabesinin üstünde “Sultanü'l-azam Alâeddin Keykûbad'ın saltanatında” şeklinde geçmesi bu özel konumu vurgular. Külliye, Mengücekoğullarının Divriği ve civarındaki egemenliğini hoşgören Keykûbad'a bir hediye olarak değerlendirilebilir.

Divriği'de ilk Anadolu Türk beyliklerinin en eskisi ve en çok yaşayanı Divriği Mengücekleridir. Kentin Mengücek hakimiyeti İlhanlı Hükümdarı Abaka Han'ın 1276-1277'de Memlük Sultanı I. Baybars'a karşı Elbistan'a giderken Divriği'ye uğrayarak surları yıktırmasıyla sona ermeye başlamıştır. Surların yıkılmasının ardından Selçuklu Sultanı III. Alaeddin Keykubad Malatya kuşatmasından bir sonuç elde edemeyip Divriği'ye gelince (1300-1301) burası disiplinsiz askerler tarafından yağmalandı. Şehir daha sonra Kayseri ve Sivas yöresinde Eretnaoğulları'nın hakimiyetine girdi. Kadı Burhaneddin ile Amasya Emiri Hacı Şadgeldi Paşa arasındaki mücadelelerden faydalanan Memlükler tarafından zaptedildi. (1391). Memlük Devleti'nin idari işleri bozulunca Yıldırım Beyazid 1398'de Sivas, Malatya, Besni, Darende ve Divriği'yi Osmanlı topraklarına kattı. Ancak Divriği yaklaşan Timur tehlikesinden dolayı 1401'de tekrar Memlüklere verildi. Divriği Memlük hakimiyeti sırasında Halep eyaletine bağlı pek de önemli olmayan ileri karakol durumundaydı. 15. yüzyılın ikinci yarısında Uzun Hasan'ın, 16. yüzyılın başında Şah İsmail'in kuvvetlerinin Anadolu'ya yönelik hareketleri sırasında Divriği korunaklı konumundan dolayı saldırılara uğramadı. Divriği'nin kesin olarak Osmanlı idaresine girişi, Yavuz Sultan Selim'in 24 Ağustos 1516 Mercidabık Zaferi'nden sonradır. Divriği Osmanlı idaresi altına girdikten sonra merkezle aynı adı taşıyan bir sancak haline getirilip Vilayet-i Arab adıyla oluşturulan beylerbeyliğe bağlandı. Daha sonra bu beylerbeylik dağıtılınca Divriği sancağı Sivas, Amasya, Tokat bölgelerini içine alan Rum beylerbeyliğine dahil edildi. 16. yüzyılda Divriği sancağının Divriği ve Darende adlı iki kazası, bu kazalara bağlı on iki nahiyesi bulunuyordu. Sancak 19. yüzyılda Sivas sancağının bir kazası haline geldi.

Cumhuriyet döneminde Sivas'a bağlı bir ilçe merkezi haline getirilen Divriği'nin 1927'de nüfusu 4789 idi. 1937'de önce demiryolu ulaşımına kavuşmuş, ardından buradaki demir cevherinin 1939'dan itibaren çıkarılarak Karabük Demir Çelik Fabrikası'na gönderilmesiyle hayat canlanmaya, nüfusu yavaş yavaş artmaya başlamıştır. 1970'te 10.389 olan nüfus, 1985'te 15.974 ve 1990'da da 17.664'e ulaşmıştır.

Cumhuriyetin ilk yıllarında Divriği tarihinde önemi bir yeri olan Nuri Demirağ, Türkiye Cumhuriyeti demiryolları inşaatının ilk müteahhitlerinden ve cumhuriyet devrinin ilk sayılı milyonerlerinden, kardeşi Abdurrahman Naci Demirağ ile birlikte Türkiye'nin sanayi kalkınmasında büyük işlere atılmış ve iş hayatının yanında geniş ölçüde hayırsever olarak tanınmış bir kişidir.

Nuri Demirağ, 1886 yılında Divriği'de doğdu. Rüşdiye tahsilini Divriği'de yapmış, ve öğretmen olarak aynı okulda çalışmaya başlamıştır. Ziraat Bankası'nın açtığı bir sınavı kazanarak bu bankanın önce Kangal, sonra Koçkırı şubelerinde çalışmıştır. Maliye Bakanlığı'nın bir sınavıyla bankacılıktan maliye hizmetine geçmiş, İstanbul'a gelerek  memur olarak çalışmıştır. 1918-1919 yıllarında Maliye müfettiş olmuştur. İstanbul'da yaşarken Divriği ile ilişkisini kesmemiştir. Önce “Türk Zaferi” adını verdiği bir sigara kağıdı çıkarmış, daha sonra Türkiye Demiryolları ve Şoseleri ile başladığı imar işine geçmiştir. Fevzipaşa-Diyarbakır, Afyon-Antalya, Sivas-Erzurum, Irmak-Filyos hatlarında 1012 kilometrelik demiryolu yaparken, diğer inşaat işlerine de başlamıştır. Bursa'da Sümerbank'ın Merinos, Karabük'te Demir ve Çelik, İzmit'te selüloz, Sivas'ta Çimento fabrikası, İstanbul'da hal binası ve Eceabad hava yolunu yapmıştır. Nuri Demirağ, 1936 yılında havacılık sanayinin ilk temellerini atmaya başladı. Beşiktaş Barbaros Hayrettin İskelesi'nin yanında Tayyare Etüd Atolyesi'ni kurdu. Daha sonra Yeşilköy'de Elmas Paşa Çiftliği'ni tayyare meydanı haline getirdi. 1937-1938 yılı içinde Türk hava Kurumu 10 okul uçağı ve 65 planör siparişinde bulundu. İstanbul fabrikalarında yapılan ilk yerli Türk uçağı, 1941 yılında Divriği'ye deneme uçuşu yapmıştır. Nu.D.38 tipi yolcu uçağı tamamen Türk mühendis ve işçilerinin ortaya çıkardıkları Türk tipi bir uçaktır.