Фракийская Месамбрия (VI–I вв. до н.э.)
Поселение основано около 510 г. до н. э. дорийскими колонистами из Мегары на месте фракийского форпоста, а к 494 г. до н. э. к ним присоединились переселенцы из Калхедона и Византия. Первоначальное фракийское название — Мельсамбрия — происходит от имени фракийского вождя Мельсы и суффикса «-бриа» (по-фракийски «город») — позднее грецизировано в Месамбрию. К этому периоду относятся крепостные стены и терракотовые находки, представленные в Археологическом музее.
Римский период (I в. до н.э. – IV в. н.э.)
После включения в Римскую империю Месамбрия стала оживлённым портом — чеканила собственные монеты и расширяла торговлю. От римской эпохи сохранились бани и участки крепостной стены.
Византия и средневековая Болгария (V–XIV вв.)
Город поочерёдно входил в состав Византии, Первого и Второго Болгарского царства — власть здесь сменялась несколько раз. Осенью 812 года после двухнедельной осады хан Крум овладел Месамбрией, и в числе захваченной добычи оказался и сосуд с «греческим огнём». Князь Борис I вернул город Византии в 864 году, а позднее царь Симеон Великий снова его завоевал. К этой эпохе относится строительство большинства церквей: Святой Софии (Старая митрополия), Христа Пантократора, Святого Иоанна Алитургитоса и других.
Османская эпоха и Возрождение (1453–1878)
Под османской властью Несебыр сохранял статус христианского митрополичьего города. В XVIII–XIX вв. построены характерные возрожденские дома с деревянными эркерами; часть из них и сегодня служат музеями, отелями и ресторанами.
Освобождение и ЮНЕСКО (1878 — сегодня)
После Освобождения (1878) Несебыр стал болгарским рыбацким поселением. В 1956 г. Старый город объявлен архитектурным и археологическим заповедником, а в 1983 г. внесён в Список всемирного наследия ЮНЕСКО. Сегодня это одна из самых посещаемых дестинаций болгарского Черноморья.