A cidade foi fundada por imigrantes suíços, entre 1819 e 1820, vindos em sua grande maioria do Cantão de Fribourg, em busca de uma vida melhor no Novo Mundo. Nesta época, grande parte da Europa estava em crise devido à Revolução Industrial, às guerras napoleônicas e à erupção do Vulcão Tambora.
Em 16 de Maio de 1818, D. João VI, sentindo a necessidade de uma colonização planejada, com a finalidade de promover e expandir a civilização do vasto Reino do Brasil e querendo estreitar os laços de amizades com os povos helvéticos, aprovou o Decreto que autorizou o agente do Cantão de Fribourg, Sebastian Nicolau Gachet, a estabelecer uma colônia de 100 famílias suíças na Fazenda do Morro Queimado, no Distrito de Cantagalo, localidade de clima e características naturais parecidas com as de seu país de origem.
Nomeado inspetor da povoação recém-formada, Monsenhor Pedro Machado de Miranda Malheiros instalou a sede da colônia, sob a denominação de Nova Friburgo, em vista da procedência dos colonos (o nome já havia sido estipulado no Decreto e por causa de Gachet, que representava o Cantão de Fribourg). As primeiras levas de colonos suíços chegaram, em número de 30 famílias, em fins de 1819 e começo de 1820.
Em 3 de Janeiro de 1820, o governo baixou o alvará que concedia a Nova Friburgo o predicamento de "Vila" e desmembrava suas terras da área de Cantagalo. A instalação da Vila deu-se em 17 de Abril do mesmo ano, localizando-se a sede na povoação do Morro Queimado.
Em 1823, o Major George Antônio Scheffer foi incumbido de contratar na Alemanha a vinda de novos imigrantes para o Brasil, destinados às colônias de Leopoldina e Frankenthal, fundadas na Bahia em 1816. Porém, os colonos foram desviados desses destinos e, por motivos ignorados, encaminhados para Nova Friburgo, onde chegaram em 3 de Maio de 1824.
Em 1831, terminou o sistema de administração especial da colônia, passando sua gestão à competência da Câmara da Vila. Mais tarde, com a chegada de imigrantes italianos, portugueses e sírios, acentuou-se o progresso da localidade, que em 8 de Janeiro de 1890 foi elevada à categoria de cidade.
A partir de então, Nova Friburgo progrediu com a implantação de indústrias e afluência de turistas atraídos pelas belezas naturais e pelo clima privilegiado da zona montanhosa (seco e propício para a boa saúde). Os colégios Freese e Anchieta atraíram um grande número de jovens de diversos estados que, durante o século XIX, movimentavam a vida social da cidade. Impulsionada pelo desenvolvimento das fazendas de café, em Cantagalo, Nova Friburgo prosperou como importante núcleo urbano.
A partir de 1910, chegam à cidade Julius Arp, Maximilian Falck e William Peacock Denis, pioneiros da era industrial friburguense. As primeiras indústrias de imigrantes alemães instalaram-se no município em 1911, originando um novo processo de desenvolvimento, paralelo à produção cafeeira na região serrana.
Em junho de 1910, o então Presidente da República, Nilo Peçanha, inaugurou na cidade o Sanatório Naval, com a missão inicial de tratar as vítimas de beribéri, tuberculose e outras doenças. O clima frio era favorável para a recuperação dos convalescentes. O espaço, hoje tombado pelo Instituto Estadual do Patrimônio Cultural (INEPAC), também foi utilizado como campo de internação para tripulantes de navios alemães, aprisionados pelo governo brasileiro em vários portos durante a Primeira Guerra. A partir de então já era uma prática recorrente desde a primeira metade do século XIX, a cidade passa a receber diversos visitantes em busca de tratamentos de saúde. Muitos deles acabaram fixando residência na cidade.
Nos primeiros anos do século XX, enquanto na região do entorno desmoronava a economia que havia se sustentado sobre o latifúndio escravista, Nova Friburgo convivia com o crescimento comercial e urbano. A cidade foi se afirmando também como um pólo de atração para pessoas em busca de melhores oportunidades, devido às condições adversas da vida no campo.
Em 1960, o município contava com cerca de 70 mil habitantes. Crescia o êxodo rural: quase 80% da população vivia na área urbana. Ali se instalaram novas fábricas, principalmente no setor metalúrgico. No entanto, mesmo com o crescimento do setor de mecânica e metalurgia, ainda eram as fábricas têxteis (em maior número e poder econômico) que empregavam maior contingente de trabalhadores. Naquela década surgiram as primeiras iniciativas voltadas para o planejamento urbanístico da cidade.
A rica história de Nova Friburgo diferencia e define o seu povo. Um traço marcante da cidade é a influência deixada por imigrantes de diversos países, cujos costumes foram incorporados à cultura do povo friburguense.