Античност (VI в. пр.Хр. – VII в.)
В района на днешния Ахелой се заселват тракийци още от VI в. пр. Хр. По-късно мястото е малко пристанище в орбитата на гръцките колонии Аполония (Созопол) и Месембрия (Несебър). Името „Ахелой“ идва от гръцкото „Ахелоос“ — речно божество, означаващо „реката“.
Битката при Ахелой (917 г.)
На 20 август 917 г. на Анхиалското поле — между крепостите Анхиало (днес Поморие) и Месембрия (Несебър), близо до устието на река Ахелой — се води една от най-големите битки в средновековна Европа. Цар Симеон I Велики разбива византийската армия на магистър Лъв Фока с обхватна атака от хълма Биберна (край днешното Каблешково). Византийските загуби се оценяват на десетки хиляди убити; според Лъв Дякон купищата кости при Анхиало се виждали 75 години след битката. Победата затвърждава българското надмощие на Балканите и ускорява признаването на императорската титла на българския владетел.
Средновековие и Османска империя (X–XIX в.)
След голямата битка мястото запазва стратегическо значение — граница между Българското царство и Византия до XIV в. Под османска власт Ахелой е малко рибарско селище с гръцко и българско население, около 30 къщи. През XIX в. тук се заселват бежанци от Източна Тракия и Мала Азия.
Съвременен Ахелой (1878 — днес)
След Освобождението 1878 г. Ахелой остава в Източна Румелия, а след Съединението от 6 септември 1885 г. преминава към обединеното Княжество България. През 1967 г. селото е обявено за климатичен морски курорт с местно значение. На 10 януари 2009 г. с Решение № 4 на Министерския съвет (обн. ДВ, бр. 6 от 23.01.2009 г.) Ахелой е обявен за град — едно от най-новите селища с такъв статут в Бургаска област.