Historia Chełmka sięga XV wieku, kiedy należał on do parafii Jaworzno. W XVI wieku przejęty został przez parafię Oświęcim i stał się własnością szlachecką Pana Ligęzy. Powstanie wsi związane było z ochroną szlaku drogowego, prowadzącego z Krakowa na Śląsk oraz przejścia na rzece Przemszy, gdzie mieściła się najstarsza część osady. Ludzie utrzymywali się tu z rolnictwa, którego rozwój postępował poprzez karczowanie lasów, osuszanie bagien i moczarów, a także z rybołówstwa.

Po I Rozbiorze Polski, Chełmek został włączony do zaboru austriackiego. Rzeka Przemsza była granicą pomiędzy zaborami pruskim i austriackim. Znaczenie Chełmka wzrosło w związku z wybudowaniem w 1856 roku wiedeńskiej linii kolejowej oraz w momencie regulacji rzek Wisły i Przemszy. Mieszkańcy osady zaczęli pracować jako kolejarze oraz flisacy, którzy przewozili kamień budowlany i węgiel. W XIX wieku Chełmek należał do parafii Bobrek. W tym czasie wzrosła świadomość narodowa mieszkańców. W Chełmku powstała wówczas szkoła, dzięki kolei zaczęły docierać gazety. Do miasta przyjeżdżał ks. Stojałowski, który wygłaszał patriotyczne kazania.

W roku 1914 wybuchła I wojna światowa, która dotknęła także nasze okolice. Podczas wojny zginęło 22 obywateli Chełmka. Los spokojnej miejscowości zmienił się za sprawą czeskiego fabrykanta, króla obuwia Tomasza Baty, który w 1931 roku zaczął w niej budowę fabryki oraz osiedla mieszkaniowego. Zakład sprawił, iż Chełmek rozwinął się, a ilość mieszkańców w ciągu pięciu lat podwoiła się. W 1939 roku wybuchła II wojna światowa, w wyniku której 3 września Chełmek został zaatakowany i ostrzelany. Niemcy zajęli fabrykę, w której produkowano obuwie dla wojska i dla ludzi na kartki. Znaczną część mieszkańców Chełmka wywieziono na roboty przymusowe i do obozów koncentracyjnych.

Chełmek został wyzwolony 25 stycznia 1945 roku. Zakład uruchomiono miesiąc później, a w 1947 roku nastąpiło jego upaństwowienie.
W roku 1969 Chełmek otrzymał prawa miejskie.