Основан в 1757 году как посёлок при строительстве купцами Иваном Твердышевым и Иваном Мясниковым железоделательного завода на реке Катав, что и определило название завода. Гидроним Катав из названия башкирского племени катай, которое в древности жило в этих местах.
Техникум в Катав-Ивановске
С конца XVIII до конца XIX века находился во владении русского дворянского рода князей Белосельских-Белозерских. Катав-Ивановский завод (славился рельсами, которые производили из бессемеровской стали) был центром Катавского горнозаводского округа.
Город с 27 августа 1939 года.
В настоящее время в городе действуют механический завод, цементный завод, приборостроительный завод.
К достопримечательностям относятся церковь Иоанна Предтечи (1824), особняк Белосельских-Белозерских и др. В 8 км от села Серпиево (Катав-Ивановский район), на р. Сим - памятник природы Игнатьевская пещера.