Até chegar aquilo que é hoje em dia, Penafiel passou por inúmeras transformações históricas, tendo em conta que se trata da segunda cidade mais antiga da zona norte de Portugal. Na época da pré-história, terão sido edificados a maioria dos monumentos megalíticos que se encontram espalhados um pouco por todo o concelho, tais como o Menir de Luzim ou o Dólmen da Portela. Na altura da construção do Santuário do Sameiro, descobriram-se alguns indícios romanos, tais como uma estatueta de Marte, o Deus romano da Guerra.
Por Penafiel passaram importantes vias de comunicação terrestres, fluviais e inter-regionais, como a estrada real que fazia a ligação do Porto a Trás-os-Montes. Os achados arqueológicos são de uma importância fulcral para que haja um profundo entendimento do modo de organização da população romana.
Penafiel já foi conhecido como Anégia, nome que se manteve pelo menos até ao século XII. Nesta altura, adquiriu o nome de Terra de Penafiel. Este nome surgiu, pela primeira vez, numa doação feita ao Mosteiro de Paço de Sousa.
A cidade de Penafiel começou por ser a freguesia de São Martinho de Moázeres. Numa fase posterior, passou a designar-se de Arrifana do Sousa, mantendo-se este nome até ao reinado de D. José I. Devido à importância comercial desta zona começou a realizar-se, nesta região, a Feira Anual de S. Martinho que acabou por se tornar na principal responsável pelo desenvolvimento comercial e industrial do local.
Estando integrada no termo do Porto, Penafiel tornou-se num Julgado, recebendo o seu primeiro foral no século XI, por parte de D. Afonso Henriques, foral esse posteriormente confirmado por D. Manuel I, em 1519.
Penafiel foi elevado a vila por D. João V, em 1714, e a cidade por D. José, a 17 de Março de 1770, sendo que a sua designação de Arrifana do Sousa passou para Penafiel. Ainda neste ano, o Papa Clemente XIV criou a diocese de Penafiel que passou a ser independente e separada da diocese do Porto.
Ao longo de séculos, Penafiel foi alvo de profundas transformações, tornando-se vila, cidade, sede de município e de bispado. Cresceu e desenvolveu-se de forma exponencial. As freguesias do concelho são maioritariamente bastante industrializadas, embora algumas delas mantenham características rurais, como casas feitas de pedra, lascas de granito e telhados em xisto.
Economicamente, concentra-se mais no sector secundário, na indústria transformadora, construção civil, entre outras. Contudo, o sector primário ainda ocupa um lugar de algum relevo no concelho, com actividades como a agricultura e a criação de gado bovino. O sector terciário, como o comércio e serviços, também se encontra bastante desenvolvido em Penafiel, Paços de Sousa e Rio de Moinhos.