Trak Mesambria (MÖ VI–I. yüzyıl)
Yerleşim, MÖ 510 civarında Megara'dan gelen Dor kolonistleri tarafından bir Trak karakolu üzerine kuruldu, MÖ 494 dolaylarında ise onlara Kalkedon ve Byzantion'dan gelen yerleşimciler katıldı. İlk Trakça adı, Trak lideri Melsa'dan ve "-bria" ekinden (Trakçada "şehir") gelen Melsambria'dır — sonradan Yunancalaştırılarak Mesambria'ya dönüştü. Bu dönemden sur duvarları ile Arkeoloji Müzesi'ndeki pişmiş toprak buluntular kaldı.
Roma dönemi (MÖ I. yüzyıl – MS IV. yüzyıl)
Roma İmparatorluğu'na katıldıktan sonra Mesambria hareketli bir liman şehri hâline geldi — kendi sikkelerini bastı ve ticari bağlarını genişletti. Roma döneminden hamamlar ve sur duvarının bölümleri günümüze ulaştı.
Bizans ve Orta Çağ Bulgaristanı (V–XIV. yüzyıl)
Şehir sırasıyla Bizans'a, Birinci ve İkinci Bulgar Devleti'ne bağlandı — birkaç kez hükümdar değiştirdi. 812 sonbaharında, iki haftalık bir kuşatmanın ardından Han Krum Mesambria'yı ele geçirdi ve ganimet arasında "Rum ateşi" dolu bir kap da vardı. Prens I. Boris şehri 864'te Bizans'a geri verdi, daha sonra Çar Büyük Simeon onu yeniden fethetti. Kiliselerin büyük bölümü bu çağda inşa edildi: Aya Sofya (Eski Metropolitlik), Hristos Pantokrator, Aziz Ioannes Aliturgetos ve diğerleri.
Osmanlı dönemi ve Bulgar Ulusal Uyanışı (1453–1878)
Osmanlı yönetimi altında Nesebar, Hristiyan metropolitlik şehri statüsünü korudu. XVIII–XIX. yüzyıllarda ahşap cumbalı, karakteristik Ulusal Uyanış dönemi evleri inşa edildi; bunların bir kısmı bugün de müze, otel ve restoran olarak hizmet veriyor.
Kurtuluş ve UNESCO (1878 — bugün)
Kurtuluş'tan (1878) sonra Nesebar bir Bulgar balıkçı yerleşimi oldu. 1956'da Eski Şehir mimari ve arkeolojik sit alanı ilan edildi, 1983'te ise UNESCO Dünya Mirası Listesi'ne alındı. Bugün şehir, Bulgaristan'ın Karadeniz kıyısındaki en çok ziyaret edilen destinasyonlardan biri.