С более пологой восточной стороны был насыпан земляной оборонительный холм, остатки которого сохранились до нынешнего времени. В центре поселения находился княжеский дом, а вокруг жили ремесленники. В летописях Липецк в первые упоминается в 1283—1284 годах, в период битв русичей с монголо-татарскими завоевателями. В 1284 году город был полностью разрушен баскаком Ахматом и в течение нескольких последующих столетий никаких упоминаний о нём нет (ряд исследовний оспаривают связь летописного Липецка с нынешним).
Село Малые Студёнки Липские, находившееся на месте современного города, летописи впервые упоминают в первой половине XVII века.
1703 год принято считать годом основания Липецка (День города отмечается в 3-е воскресенье июля). Именно тогда по указанию Петра I на реке Липовке, на месте её впадения в реку Воронеж, было начато строительство железоделательных заводов для нужд российского флота и армии, которые во время Северной войны оказали большую поддержку в снабжении. К этому времени заводы стали считаться крупными, и занимали второе место в России по выплавке чугуна.
Разросшееся после постройки заводов село в 1709 году было переименовано в слободу Ли́пские Заво́ды (Ли́пские желе́зные заво́ды). 16 сентября 1779 году по указу Екатерины II слобода Липские Заводы официально получает статус уездного города Тамбовского наместничества (с 1796 года — Тамбовской губернии) с названием Липецк. В то время здесь проживало около 6 тыс. человек.
16 августа 1781 году Липецк получает свой герб. Под тамбовским губернским гербом (улей и три золотые пчелы) — раскидистая липа, как символ древности и процветания, как родовое дерево возрожденного города.
После открытия на юге России новых чугуноплавильных заводов с новой, более совершенной технологией выплавки чугуна и стали на коксе в 1795 году Липские заводы были ликвидированы, а основная часть оборудования и рабочих были переведены на Луганский завод. После закрытия заводов развитие города замедлилось.
В 1806 году в деревянном хаотично застроенном Липецке случился большой пожар, после которого застройка города стала производиться уже по Генеральному плану, с прямыми широкими улицами и зданиями из камня и кирпича. Были построены курортные здания, гостиница, зал развлечений. На Дворянской улице (ныне ул. Ленина) появились дворянские и купеческие особняки.
Возрождение города началось в конце XIX — начале XX века, когда, в связи с расширением железнодорожного строительства, российскими и иностранными предпринимателями было решено вновь использовать рудные месторождения возле Липецка. Также оживлению города способствовало деятельность курорта, открытого в начале XIX века.
В 1902 году с участием бельгийского капитала было закончено строительство двух доменных печей, положивших начало металлургическому заводу «Свободный сокол», который дал первый чугун 15 июля 1902 года.
В 1931 году был заложен другой гигант — Новолипецкий металлургический завод (НЛМЗ, ныне — Новолипецкий металлургический комбинат — НЛМК), который начал свою работу 7 ноября 1934 года. Строительство этого предприятия стало переломным в биографии Липецка. Именно НЛМК принес Липецку мировую славу индустриального центра. Начиная с 1930-х годов Липецк из небольшого утопающего в зелени провинциального городка превратился в крупный индустриальный центр Черноземья.
Во время Великой Отечественной войны, в 1943 году, в рекордно короткие сроки был построен Липецкий тракторный завод (ныне — завод «Липецкий трактор»).
6 января 1954 года создаётся Липецкая область, а город получает статус областного центра.
Сегодня Липецк известен в России и за рубежом как крупный производитель стали и проката, «белой» бытовой техники, соков и минеральной воды, как центр подготовки асов отечественной авиации.