לפי מקורות טטריים העיר נוסדה במאה ה-10 ושימשה כמרכז מסחרי על הדרך מאירופה לסין וסיביר וכמבצר גבול בצפון-מזרח של בולגריה של הוולגה. במאה ה-14 שימשה כבירת חאנות קאזאן. ב-1552 נכבשה על ידי איוואן האיום הצאר של רוסיה ומאז היא חלק מרוסיה. ב-1774 נכבשה על ידי ימליאן פוגצ'וב במרד הקוזקי, אך כעבור מספר חדשים שוחררה. ב-1804 נוסדה בעיר אוניברסיטה שבראשה עמד המתמטיקאי הנודע ניקולאי לובצ'בסקי. בין 1918 ל-1919 שימשה כבירת מדינת אידל-אורל, שפרשה מרוסיה, אך נכבשה על ידי הקומוניסטים ב-1919. מ-1920 הייתה בירת הרפובליקה הטטרית האוטונומית. בשנות מלחמת העולם השנייה הועברו לעיר מפעלי תעשייה רבים מאזור הקרבות וגם חלק מהאקדמיה למדעים של ברית המועצות. בשנת 1979 אוכלוסיית העיר הגיעה למיליון תושבים. מ-1990 העיר משמשת כבירת הרפובליקה הטטרית, אשר מ-1991 עד 2000 לפי חוקתה הייתה מדינה עצמאית, אם כי בפועל נהנתה מאוטונומיה מורחבת בפדרציה הרוסית.

במאי 2005 חגגה העיר אלף שנים להיווסדה. האירוע נחגג בכל רחבי העיר ולכבודו נפתחו בה בתי עסק ומקומות בילוי חדשים. לכבוד חגיגות המילניום, החלה להיבנות רכבת תחתית לאורך קאזאן.

בשנת 2013 העיר אירחה את האוניברסיאדה. קאזאן הייתה אחת הערים המארחת של גביע הקונפדרציות 2017 ואירחה גם משחקים במסגרת מונדיאל 2018.

במאי 2021 התרחש הירי בגימנסיה 175 בקאזאן במהלכו נהרגו תלמידים ועובדי בית הספר.