В 1685 году была основана казачья слобода Алексеевка. Название получила от имени своего первого владельца - князя Алексея Черкасского. Позднее вошла в Бирюченское комиссарство, которое принадлежало к Острогожскому полку до 1765 г., когда была создана Острогожская провинция, а с учреждением Воронежского наместничества (1779) - в его Бирючский уезд.
В 1796 г. Бирючский уезд был отчислен от Воронежской губернии и присоединен к восстановленной тогда Слободско-Украинской губернии, но уже год спустя (1797), при разграничении этой новой губернии от смежных, Бирючский уезд со слободой Алексеевкой был окончательно введен в состав Воронежской губернии.
В 1829 году крепостной крестьянин графа Шереметьева слободы Алексеевка Даниил Бокарев открыл способ получения масла из семян подсолнечника. В 1886 году в слободе Алексеевка построен первый в России паровой маслобойный завод.
19 марта 1918 года Алексеевка получила статус города Воронежской губернии, включенной в 1928 году в Центрально-Черноземную область. При выходе 13 июня 1934 года Воронежской области из состава Центрально-Черноземной области Алексеевский район был включен в состав Воронежской области. В 1939 году город был преобразован в рабочий поселок.
В 1933 году начал работать эфиромасличный завод. В 1895 году начала действовать первая железная дорога Харьков - Балашов, прошедшая через Алексеевку.
19 января 1943 года Алексеевка освобождена от немецко-фашистских захватчиков.
В годы ВОВ присвоено звание Героя Советского Союза уроженцам Алексеевки и Алексеевского района - генерал-лейтенанту М.К. Шапошникову, командиру эскадрильи истребителей В.В. Собине, гвардии старшему лейтенанту-танкисту Н.А. Рубан, командиру артиллерийского полка И.Н. Сорока. С 1957 года после увольнения из армии Герой Советского Союза майор Н.А. Пьянков жил в г. Алексеевка. Уроженец Алексеевки А.П. Кириленко стал дважды Героем Социалистического Труда, работал членом политбюро ЦК компартии, секретарем ЦК КПСС. В 1962 году начал работать сахарный завод. В 1975 году выдал первую продукцию завод "Химмаш". Завод занимается выпуском емкостей для перевозки нефтепродуктов - цистерны для сжиженной углекислоты, газозаправочные комплексы и стационарные емкости для хранения сжиженного газа, газификаторы, используемые в пищевой промышленности - всего 17 видов. Осуществляется монтаж цистерн на автомобили грузоподъемностью в 17,5 тонн.
31 мая 2002 года открыт в г. Алексеевка завод по производству специализированных промышленных жиров "Эфко-Слобода" (пока единственный в России), с выпуском до 12 тыс. тонн продукции в месяц. Производятся эквиваленты масла-какао (СВЕ), заменители масла-какао (СВR), жиры кондитерские и хлебопекарские, заменители молочных жиров, маргарины, моно-жиры.
6 января 1954 года Алексеевский район Воронежской области был включен в состав новообразованной Белгородской области и 19 августа 1954 года Указом Президиума Верховного Совета РСФСР рабочий поселок Алексеевка преобразован в город.
