Із утворенням Київської держави землі дулібів в Х ст. входять до її складу. Пізніше, під час занепаду держави, землі Волині (з 1199 року) входять до Галицько-Волинського князівства.

Після Люблінської унії 1569 року Здолбунів потрапляє під владу Речі Посполитої. У роки Визвольної війни українського народу 1648—1654 років у районі Здолбунова відбувалися селянські виступи проти місцевих феодалів.

У 1793—1795 роках Правобережна Україна входить до складу Російської імперії. У цей час Здолбунів належить до Волинського намісництва, а згодом — до Волинської губернії.

Скасування кріпацтва прискорило розвиток капіталістичних відносин у Здолбунові. У червні 1873 року закінчено будівництво залізниці Київ—Брест-Литовськ, яка пролягла через Здолбунів.

За даними перепису 1897 року в Здолбунові проживало 4692 особи. В ці роки в Здолбунові працювали приватні паркетна фабрика, ливарно-механічний завод, цементний завод та 2 млини.

У 1877 році в Здолбунові відкрили однокласне залізничне училище. Навчання в ньому здійснювалось за рахунок управління Південно-Західної залізниці.

У роки Першої Світової війни на території Волинської губернії проходив Південно-Західний фронт. У 1917—1920 роках Здолбунів, як і вся Україна, був ареною класової боротьби, боротьби різних політичних сил та військового протистояння. Бачив Здолбунів кінноту С. М. Будьонного і К.Є. Ворошилова, Дієву армію УНР, штаб якої на чолі з С. В. Петлюрою знаходився на залізничній станції а також єврейські погроми.

У вересні 1939 року Здолбунів став районним центром. У місті розпочались соціалістичні перетворення. У 1941—1944 роках місто зазнає німецько-фашистської окупації, під час якої виникає антифашистський рух опору, що діяв до дня визволення міста Радянською Армією — 2 лютого 1944 року.

Сучасний Здолбунів — це важливий залізничний вузол Західної України, центр будівельної, металообробної та харчової промисловості регіону. У 2007 році капітально, за європейськими стандартами оновлено залізничний вокзал міста.