Вельск впервые упомянут в уставной грамоте новгородского князя Святослава Ольговича в 1137 году как село у Вели (река) или Вельский Погост. До 1462 году эти земли принадлежали Новгородской республике, после чего навсегда отошли к Москве. В 155 0 году уже называется Вельским посадом. В 1708 году вошёл в состав Архангелогородской губернии, с 1780 года — уездный город Вологодского наместничества, затем губернии. В нём развивается льняное производство, изготовление смолы и дёгтя, проводятся ярмарки.
В 1858 году в Вельске побывал император Александр II. В то время в городе были шесть улиц, все дома были деревянные, кроме здания городской казны. Лишь к концу 19 века после многочисленных пожаров, особенно в 1885 году, началось строительство из кирпича. Со второй половины 19 века город стал местом политической ссылки, здесь её отбывали многие известные меньшевики, большевики, эсеры. Советская власть установилась в начале 1918 года. Во время интервенции англо-американских войск Вельск был прифронтовым городом, но не был захвачен и оставался советским. В 1929 году вошёл в состав Северного края, с 1937 — Архангельской области как районный центр. В годы войны действовал эвакогоспиталь, в городе были эвакуированные.
В Вельске интересный краеведческий музей и его филиалы. Действует деревянная Успенская церковь 18 века. Сохранилась старинная застройка. Город находится сразу на двух реках — Ваге и Веле.
