История Несебра теряется в тысячелетиях и каждый год археологи открывают новые следы древних культур и цивилизаций, живших на полуострове. Известно, что город был основан на месте древнего фракийского поселения Мелсамбрия (Melsambria), датируемого концом VII века до н.э. и называемого так по имени его основателя — фракийца Мелса и название города (по-фракийски «бриа»). Спустя столетие, примерно в 510 году до н.э. дорийские греки-переселенцы из городов Мегара и Византион превращают поселение в небольшую колонию. В V веке до н.э., в целях предосторожности, жители опоясывают её солидными крепостными стенами. Впоследствии город, сохранивший фракийское название, становится оживлённым торговым и культурным центром на Чёрном море. В городе развиваются ремёсла — в основном обработка металла. Здесь начали чеканить свои деньги уже в первой половине V века до нашей эры — серебряные драхмы и оболи, а затем и монеты из бронзы. Наивысшего расцвета Несебр достиг в III-II века до нашей эры, тогда город чеканил золотые монеты. Город ведёт оживлённую торговлю с городами Чёрного, Эгейского и Средиземного морей. Многочисленные находки того периода, представленные в Археологическом музее Несебра, свидетельствуют о богатой экономической, культурной и духовной жизни города.

Сегодня большая часть греческого города поглощена морем, сократившим территорию древней Мелсамбрии с прежних 40 гектаров до нынешних 24. В ясный день при спокойном море в 80 метрах от берега под водой можно рассмотреть останки крепостных стен, башен и порта. Несебр имеет два удобных порта — на севере и юге, в которых всё ещё находят остатки оборудования древних судов. На поверхности же были обнаружены археологические останки агоры и акрополя.

В 72 году до нашей эры Несебр был взят без сопротивления армией Римской империи. После этого город зачислен в состав Римской империи. Месембрия — так стали называть город в Римской империи. Империя не разрушила крепостные стены и большие общественные здания города. К сожалению, несмотря на самостоятельное существование, вплоть до включения в состав Византии вместе со всем Балканским полуостровом, Месембрия постепенно приходит в упадок и превращается в провинциальный портовый городок. О тех временах напоминают руины крепостных стен и башен из тёсаного известняка, перистили нескольких жилищ, а так же остатки акведуков и храмов.

После переноса столицы Римской империи в Константинополь и принятие христианства в качестве официальной религии создались благоприятные условия для возрождения городов Чёрного моря. В Месемврии строятся новые христианские церкви — базилики, продолжается возведение крепостных стен, строится новая система водоснабжения и городские бани. Всё это делается ведущими архитекторами и строителями империи, наподобие столичных прототипов.

В эпоху византийского правления, с V века, город постепенно втягивается с политические дрязги между императором и местными князьями. Немым свидетелем тех времён до наших дней дошла базилика Святой Софии, называемая ещё Старой Митрополией, построенная в V веке на руинах храма Аполлона в ранневизантийском стиле. С 680 года, когда город возводят в ранг епископского, он неоднократно переходит из рук в руки, становясь заложником борьбы между Константинополем и Болгарским царством. В 812 году овладевший после 14-дневной осады городом хан Крум переименовывает Месембрию в Несебр. С тех пор болгары начинают возводить здесь свои храмы, пытаясь размерами и красотой затмить византийские сооружения и постройки своих предшественников.

Строятся церкви «Святой Стефан» (XI век) и «Святой Иоанн Креститель» (XI век) — которые стали в дальнейшем прототипами будущих церквей, шедевров XIII-XIV века. За 62 года с 1201 по 1263 год Несебр, и другие прибрежные города к югу от горного массива Стара Планина, входят в болгарское государство. Город играет значительную роль в политической истории Болгарии и Византии в то время, когда на троне были болгарские цари Калоян, Иван Асен II, Константин Тин. В это время строились церкви «Святая Параскева (XIII век), «Святой Тодор» (XIV век), «Святые Архангел, Михаил и Гавриил» (XIV век), имеющие прямые аналоги в архитектуре столицы Тырново. Несебр поддерживает активные торговые отношения с городами: Константинополь, Венеция, Генуя, Пиза, Анкона, Дубровник, и другими городами.

После почти 40 лет византийского владычества Несебр присоединён к болгарскому государству в 1304 году царём Тодором Святославом. Особенно город пережил строительный бум в царствование царя Ивана Александра. Строятся новые церкви — «Христос Вседержитель» (XIII-XIV века), «Святой Йоан Неосветени» (XIV век), в округе города идёт активное строительство монастырей: «Святой Богородицы», «Христос Акрополит», «Святой Девы», «Святых Петра и Андрея», «Святой Андрей», «Святая Илия», «Святой Власий», «Святой Никола Емонский». Здесь получает своё образование и будущий Болгарский патриарх. Королевская семья и сам царь Александр дал много привилегий монастырям Несебра.

По некоторым данным в Несебре существуют около 40 церквей. В музее Несебра есть данные по 23 церквям. И сейчас есть много хорошо сохранившихся церквей, особенно периода XIII-XIV века. Почти всю свою историю Несебр был резиденцией митрополита. Только две церкви Несебра — «Святая София» и «Святой Стефан» — известны как старая и новая митрополия.

В 1366 году город был захвачен рыцарями графа Амедея Савойского, и передан во владение византийского императора. В 1452 Несебр пал под напором турок. Город опустошается и разоряется, как и многие другие болгарские города. Во времена турецкого владычества (XV-XIX века) уникальные памятники архитектуры, церкви, а так же стены крепости были разрушены. Взамен турки принесли в Несебр свою религию и культуру. Об этом напоминают сохранившиеся турецкий фонтан и турецкие бани. Но и во время турецкого ига жители смогли возвести в городе новый храм Вознесения Христова (Святой Спас).