På 1200-talet uppfördes en kyrka på norra sidan strömmen och delar av den byggnaden återfinns i dagens kyrka från 1774. Då Göta kanal byggdes 1810–1832 växte en mängd små samhällen upp längs kanalen. 1822 anlade Baltzar von Platen en mekanisk verkstad i Motala, AB Motala Verkstad, där så småningom en bruksort gradvis växte fram. 1823 blev Motala friköping, också det på förslag av von Platen. Verkstaden växte snabbt och på 1830-talet bodde det fler än 500 människor i området närmast verkstaden, men bara 75 i själva köpingen. 1863 blev Motala köpingskommun och år 1881 fick man stadsrättigheter. Därmed hade von Platens idé om att anlägga en stad på denna plats förverkligats. Fortfarande skedde dock den mesta expansionen i området runt verkstaden. 1948 slogs "verkstadsstaden" Motala Verkstad samman med staden Motala. Sedan Göta Kanal tagits i bruk blev nästa steg i utbyggnaden av ortens kommunikationer invigningen 1873 av Hallsberg–Motala–Mjölby Järnväg mellan Mjölby–Hallsberg. Motala C och Motala Verkstads station var ortens båda järnvägsstationer längs banan. Motala anknöts till Mellersta Östergötlands Järnvägar när den smalspåriga banan Motala–Fornåsa stod klar 1915. Förutom Motala C fanns Holmsbruks station vid denna järnvägslinje mot Linköping. 1927 togs Motala rundradiostation (även kallad Motala långvåg) i bruk för att det år 1925 grundade företaget Radiotjänst skulle få bättre täckning för rundradiosändningarna. Motala blev huvudstation för svensk rundradio. För att markera Motalas centrala roll för radiosändningarna användes anropet Stockholm–Motala. Motala Verkstad har kallats "den svenska verkstadsindustrins vagga". Efterhand tillkom flera stora industrier, som i flera fall lagts ned eller lämnat staden. Dit hör spis- och kylskåpstillverkaren AB Electrolux som i Motala hade en av sina större anläggningar i Norden. Företaget hette till en början AB Arctic och startade 1925 sin utvecklings- och experimentverksamhet nära Holms bruks station i Motala. Det gällde Carl Munters och Baltzar von Platens uppfinning absorptionskylskåpet. Massproduktionen startade i Motala strax efter 1930. År 1936 togs en ny stor fabrik i bruk och 1967 en fabrik för både spis- och kylskåpsproduktion som tillbyggdes 1972. Även produktion av disk- och tvättmaskiner samt köksfläktar togs upp i Motala. AB Dometic med tillverkning av absorptionskylskåp avknoppades från Electrolux, men lade ned i Motala och flyttade tillverkningen till USA. Som mest hade Dometic 800 anställda i Motala. De sista 240 anställda vid Electrolux i Motala blev utan arbete när spistillverkningen 2011 flyttades till Polen. Ett annat av Motalas klassiska storföretag är AB Luxor, grundat 1923 av Axel Holstensson. Efter successiva utbyggnader utgjordes golvytan 1973 av 75 000 kvadratmeter. Luxor tillverkade radio- och TV-apparater, grammofoner och 1978–1986 persondatorerna ABC 80, ABC 800 och ABC 1600 som under en tid svarade för 60 procent av den svenska persondatormarknaden. Luxor, som länge var ett familjeföretag, övertogs efter en kris av staten och delades upp på Luxor Konsumentelektronik AB, Luxor Electronics AB och Luxor Datorer AB. Senare tillkom Luxor Satellite AB för produktion av satellitmottagare. Finska Nokia blev huvudägare 1984, varefter tillverkningen av datorer och TV-apparater avvecklades i Motala 1986 respektive 1992. Tillverkningen av satellitmottagare såldes 1998 till amerikanska Space Craft Inc. som 2002 överförde produktionen till lågkostnadsländer. Tillverkningen av bilhögtalare och audioförstärkare sålde Nokia 1997 till Harman International Industries. Autoliv AB köpte 1998 Luxor Electronics med tillverkning av olika typer av elektronikprodukter för fordonsindustrin. Autoliv avser att mot slutet av 2015 koncentrera sin svenska produktion till Vårgårda.