Schon seit Jahrtausenden war das Gebiet um Grevesmühlen Siedlungsraum. Davon zeugen die 4.000-jährigen Großsteingräber und Urnenfunde aus der römischen Kaiserzeit. Nach der Völkerwanderung vor mehr als 1.300 Jahren siedelten im westmecklenburgischen Raum Slawen. Archäologische Funde wie slawische Keramik, Werkzeuge und Waffen zeugen von dieser Siedlungsperiode. Nach dem Ende der dänischen Herrschaft an der südlichen Ostsee am Beginn des 13. Jahrhunderts, verstärkte sich der deutsche Einfluss östlich der Elbe. Deutsche Siedler aus Westfalen, Niedersachsen, Friesland oder Holstein kamen in die westmecklenburgischen Gebiete und trieben den Landesausbau und die Christianisierung voran. Die erste schriftliche Erwähnung Grevesmühlens stammt aus dem Jahr 1230 im Ratzeburger Zehntlehenregister, einer „Einkommensliste“ des Ratzeburger Bischofs.
Wann Grevesmühlen Stadtrecht erhielt, kann nicht genau datiert werden.

In der Hansezeit entwickelte sich Grevesmühlen zu einem bedeutenden Knotenpunkt im Dreieck Lübeck-Wismar-Schwerin.

Seuchen, Brände und Kriege ließen die Entwicklung Grevesmühlens in der Folgezeit stoppen. Erst im 19. Jahrhundert dehnte sich die Stadt über ihre mittelalterlichen Grenzen aus. Der Anschluss an die Eisenbahn und ein Aufschwung im Gewerbe und im Handel sorgten für einen Entwicklungsschub.

Unmittelbar nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs 1945 verdoppelte sich die Einwohnerzahl auf etwa 13.000. Es entstanden zahlreiche neue Betriebe und Wohnungen, zum Beispiel als Plattenbauten im Ploggenseering.

Nach dem Ende der DDR 1989/90 fand Grevesmühlen seinen Platz als verkehrsgünstig gelegene Kleinstadt mit florierendem Handel und Gewerbe und einem vielfältigen gesellschaftlichen Leben.