Mesembria tracică (sec. VI–I î.Hr.)
Așezarea a fost fondată în sec. VI î.Hr. de coloniști dorieni din Megara pe un post tracic. A fost numită Mesembria — probabil după conducătorul trac Melsas. Din această perioadă datează ziduri de cetate și descoperiri din teracotă aflate la Muzeul Arheologic.
Perioada romană (sec. I î.Hr. – sec. IV d.Hr.)
După includerea în Imperiul Roman, Mesembria a devenit un port animat — bătea monedă proprie și își extindea comerțul. Din perioada romană s-au păstrat băi și secțiuni de zid.
Bizanț & Bulgaria medievală (sec. V–XIV)
Orașul a trecut pe rând sub Bizanț și sub Primul și al Doilea Țarat Bulgar — schimbându-și stăpânii de mai multe ori. A fost cucerit de hanul Krum în 812. Majoritatea bisericilor — Sf. Sofia (Vechea Mitropolie), Hristos Pantocrator, Sf. Ioan Aliturgetos ș.a. — datează din această epocă.
Epoca otomană și Renașterea (1453–1878)
Sub stăpânire otomană, Nessebar a păstrat statutul de oraș mitropolitan creștin. În secolele XVIII–XIX s-au construit casele din epoca Renașterii cu balcoane din lemn; multe funcționează astăzi ca muzee, hoteluri și restaurante.
Eliberarea și UNESCO (1878 — astăzi)
După Eliberarea din 1878, Nessebar a devenit oraș pescăresc bulgar. În 1956 orașul vechi a fost declarat rezervație arhitecturală și arheologică, iar în 1983 a fost inclus în patrimoniul UNESCO. Astăzi este una dintre cele mai vizitate destinații de pe litoralul bulgăresc.