Miasto wyrosło w sposób naturalny obok zakładów metalurgiczno-mechanicznych, wzniesionych w ramach projektu Centralnego Okręgu Przemysłowego. Realizowany w latach 30. XX wieku plan polskich władz miał na celu dozbrojenie i modernizację armii, gdy wobec trudności z otrzymaniem dostaw z zagranicy, korzystniejszym było stworzenie w tym celu własnych zakładów produkcyjnych, co skutkowało również poprawą uprzemysłowienia kraju i wywierało wpływ na jego rozwój gospodarczy. Założenia owej koncepcji zawarte zostały w memoriale sporządzonym przez ekonomistę Władysława Kosieradzkiego i jego brata Pawła, zajmującego się zagadnieniami przemysłowymi (1936). Wybrana lokalizacja, w tzw. trójkącie bezpieczeństwa, zapewnić miała odpowiednią odległość od granic, a tym samym potencjalnych zagrożeń wojennych. Odpowiedzialnym za realizację przedsięwzięcia był ówczesny wicepremier i minister skarbu Eugeniusz Kwiatkowski, zaś z ramienia wojska nadzorował je wiceminister gen. Aleksander Litwinowicz. W ramach centralizacji COP-u zamierzano stworzyć nowe, nawiązujące do tradycji województwo sandomierskie, a jego wojewodą uczynić Stefana Starzyńskiego.
W sierpniu 1936 cywilno-wojskowa komisja pod kierownictwem Marcelego Siedlanowskiego poszukująca lokalizacji dla nowych zakładów hutniczo-mechanicznych wybrała miejsce położone w pasie równin nad rzeką San, na obszarze Kotliny Sandomierskiej, nieopodal wsi Pławo. Na decyzję wpłynął fakt bliskości linii kolejowej oraz drogi krajowej, a także rzeki umożliwiającej transport oraz zapewniającej dostatek wody do celów przemysłowych. Dodatkową zaletę stanowiła stosunkowo niewielka odległość od złóż gazu, taniość ziemi oraz duża liczba rąk do pracy w okolicy. Lokalizację zatwierdziło będące głównym inwestorem Ministerstwo Spraw Wojskowych. Pod budowę Zakładów Południowych oraz osiedla mieszkaniowego wykupiono grunty (w większości zalesione) o powierzchni ok. 700 hektarów od prywatnego właściciela Gerharda Franckego oraz od mieszkańców gromady Pławo. Wznoszone od podstaw Zakłady Południowe stały się sztandarowym dzieckiem COP-u. Według wstępnych projektów miała to być filia Huty Baildon, śląskiego wytwórcy stali wysokojakościowej, w końcu jednak zaplanowano zbudowanie samodzielnej fabryki, składającej się z huty i zakładów mechanicznych. 19 I 1937 Śląskie Zakłady Górniczo-Hutnicze Huta Pokój i Towarzystwo Starachowickich Zakładów Górniczych S.A. założyły spółkę mającą na zlecenie Skarbu Państwa do marca 1940 roku wybudować Zakłady. Na czele zarządu stanął dyr. katowickiej huty inż. Marceli Siedlanowski, kierownikiem budowy mianowano inż. Bronisława Chudzyńskiego.
Pierwsze sosny pod budowę ścięto 20 marca 1937 roku. Pracowników kwaterowano tymczasowo w komfortowych drewnianych barakach mieszkalnych, wkrótce zaczęto stawiać bloki. Osiedle wznoszone było przez Fundusz Kwaterunku Wojskowego, wsparty finansowo przez PZU oraz Towarzystwo Osiedli Robotniczych, według planu urbanistycznego architekta Bronisława Rudzińskiego. Podzielono je umownie na kolonie: Robotniczą i Urzędniczą, rozdzielone linią torów kolejowych. Z czasem wyznaczono z nich dzielnice: Robotniczą i Majsterską oraz Urzędniczą i Dyrektorską. Tempo prac było imponujące, więc nowe budynki mieszkalne oraz publiczne przyszłego miasta zaplanowanego na 20 tys. mieszkańców (docelowo 50 tys.) wyrastały jak grzyby po deszczu. W chwili oficjalnego otwarcia produkujących Zakładów Południowych przez prezydenta I. Mościckiego (14 czerwca 1939 r.) istniało już osiedle z blokami lokatorskimi, willami i domkami jednorodzinnymi, ze szkołami, sklepami i hotelami.
Nazwę nadano mu oficjalnie 31 stycznia 1938 r., decyzją ministra spraw wewnętrznych Felicjana Sławoja Składkowskiego (ogłoszoną 11 lutego). Jak wieść niesie, nazwę przyszłego miasta zaczerpnięto z wypowiedzi ministra spraw wojskowych gen. Tadeusza Kasprzyckiego, który mówił o stalowej woli narodu polskiego wybicia się na nowoczesność. COP był postrzegany przez cały naród jako dzieło wielkie i wyjątkowe. Do jego propagatorów należeli również ludzie sztuki, którym organizowano wycieczki po COP-ie. Do Stalowej Woli przyjeżdżał i budowę opisywał Melchior Wańkowicz, obrazy malował tu Rafał Malczewski, dokumentalny film pt. COP. Stalowa Wola nakręcił Jerzy Gabryelski. Jak ważne było to miejsce świadczy zdanie jednego z przedwojennych publicystów (St. Gruchały): W pełni zdawać trzeba sobie sprawę, że np. bez Stalowej Woli i aureoli jaka otoczyła jej powstanie, nie byłoby idei COP-u, czy wypowiedź E. Kwiatkowskiego o patrzeniu z podziwem jak się mnoży nowy gatunek ludzi w Polsce, ludzi ze Stalowej Woli.
Zakłady Południowe miały wytwarzać stal szlachetną oraz wyroby walcowane i blachy, a także produkować armaty dla wojska i turbiny parowe dla odbiorców cywilnych. Wzniesiono ogromne, nowoczesne, przeszklone hale stalowni i walcowni oraz zakładów mechanicznych. Do pracy ściągano najlepszych fachowców z różnych stron kraju. Hutą kierował Feliks Olszak (po wojnie rektor AGH), zakładem mechanicznym Karol Szaniawski, funkcję dyrektora administracyjno-handlowego sprawował Michał Łukaszewicz. Zapewnienie znakomitych warunków finansowych i socjalnych, atrakcyjnych dla każdego – od robotnika po inżyniera, sprawiły, że swój akces do pracy zgłaszała ogromna liczba chętnych, którzy starannie selekcjonowani przy naborze tworzyli prawdziwą elitę fachowców.
Plany przewidujące koniec prac inwestycyjnych na rok 1941, przekreślił wybuch wojny. Kampania wrześniowa nie wyrządziła osiedlu wielkich zniszczeń, gdyż niemieckie wojska wyraźnie je oszczędzały, głównie ze względu na nowoczesne zakłady, które chciano przejąć w stanie nienaruszonym. Zmieniło się zaludnienie; znaczna część mieszkańców, szczególnie spośród inteligencji i kadry kierowniczej opuściła Stalową Wolę, przybyli zaś repatrianci z innych regionów kraju. Życie pod okupacją nie było łatwe, ze względu chociażby na trudności aprowizacyjne. Ściągnięci z różnych stron mieszkańcy nie mieli żadnego zaplecza zaopatrzeniowego czy choćby rodzin mieszkających na pobliskiej wsi. Minimalną podstawę egzystencji zapewniały zarobki w przejętych przez Niemców zakładach i kartki żywnościowe. Aktywnie działał antyniemiecki ruch oporu, za co mieszkańców dotykały różnorakie represje. 1 sierpnia 1944 r. do miasta wkroczyli czerwonoarmiści z 13 armii gen. N. Puchowa, 1 Frontu Ukraińskiego.
Od 1 kwietnia 1945 Stalowa Wola posiada prawa miejskie (choć decyzja o ich nadaniu podjęta została ponad rok później). Od 1953 była miastem wydzielonym na prawach powiatu, od 1999 jest siedzibą powiatu. W latach 1945-75 pozostawała administracyjnie w obrębie województwa rzeszowskiego, od 1975 do 1998 – tarnobrzeskiego.
W latach powojennych stopniowo rozpoczął się dynamiczny rozwój miasta, w znacznym stopniu związany z rozwijającą się Hutą Stalowa Wola. O ile profil produkcji huty nie zmienił się diametralnie, to zakłady mechaniczne tuż po wojnie wytwarzały różnorodne artykuły, w zależności od zapotrzebowania rynku. Wśród nich były m.in. maszyny górnicze (obudowy kopalniane) i rolnicze (młocarnie, pługi), a pod koniec lat 50. nawet samochody. Nie wszedł do produkcji całkiem udany i cieszący się dużym zainteresowaniem prototyp furgonu Stal-300. Z zaprojektowanych wtedy kilku pojazdów w HSW zadomowił się jedynie wózek akumulatorowy, przez długi czas produkowany w różnych wersjach. Z czasem rozbudowywany zakład zatrudniał kilkadziesiąt tysięcy ludzi, często dojeżdżających z odległych miejscowości. Miał też swoje filie (Leżajsk, Janów Lubelski, Zaklików, Strzyżów). Całość tworzyła wielki kombinat przemysłowy. Na przełomie lat 60. i 70. specjalnością HSW stały się produkowane w znacznej części na zachodnich licencjach maszyny budowlane. Okres przemian historycznych skutkował podziałem ogromnego kombinatu na mniejsze spółki, z różnym skutkiem radzące sobie w gospodarce wolnorynkowej. Produkcję maszyn budowlanych przejął chiński koncern Liu Gong, rozprowadzając je w Polsce pod marką Dressta Stalowa Wola, zaś HSW powróciła niejako do korzeni, koncentrując się na produkcji wojskowej (działa samobieżne, wozy opancerzone, transportery).
Na przestrzeni lat powstały nowe osiedla, ulice, budynki użyteczności publicznej i kultu religijnego, wiele zakładów przemysłowych i usługowych, szkoły podstawowe, średnie i wyższe, obiekty kulturalnie i sportowe.
Liczba mieszkańców wzrosła od przedwojennych ok. 4 tys. do 16 tys. w 1953 i 34 tys. w 1973 (bez Rozwadowa – 3 tys.), do ostatnich dekad XX wieku wykazując tendencję wzrostową dochodząc do ok. 70 tysięcy. Stopniowo rozszerzała się powierzchnia miasta (do ponad 80 km²); w 1953 oficjalnie przyłączone zostało Pławo (z przysiółkami Swoły i Chyły), w 1973 Rozwadów, a w 1977 Charzewice. Tym samym historia młodego miasta wzbogaciła się o dzieje jego nowych (starych) dzielnic.
Dziś Stalowa Wola to ciągle jedno z najmłodszych miast polskich, będące spadkobiercą coraz bardziej docenianej COP-owskiej tradycji „dobrej roboty”, dziś stale unowocześniające swój wizerunek, rozwijające się dynamicznie i wielokierunkowo.