Il 3 maggio 1844, mentre era ancora parte del Messico, John Charles Frémont guidò un gruppo di scienziati, esploratori e osservatori dello United States Army Corps of Engineers nella valle di Las Vegas. Il 10 maggio 1855, in seguito alla annessione messicana da parte degli Stati Uniti, Brigham Young incaricò trenta missionari mormoni comandati da William Bringhurst nella stessa area per convertire gli indiani Paiute. Venne costruito un forte vicino all'odierna downtown, che serviva come una stazione di posta per i viaggiatori lungo il "corridoio mormone" tra Salt Lake City e la nuova colonia di San Bernardino. I mormoni abbandonarono Las Vegas nel 1857, durante la guerra dello Utah.

Las Vegas è stata fondata come villaggio ferroviario il 15 maggio 1905, quando 110 acri (45 ettari) di proprietà della Los Angeles and Salt Lake Railroad in quello che oggi è il centro di Las Vegas furono venduti all'asta. Tra i più importanti proprietari e amministratori della ferrovia erano il senatore del Montana William A. Clark e il senatore dello Utah Thomas Kearns. Las Vegas fece parte della contea di Lincoln fino al 1908, quando entrò a far parte della neocostituita contea di Clark. Las Vegas divenne ufficialmente una città il 16 marzo 1911, quando adottò la sua prima carta di diritto pubblico sotto l'amministrazione di Peter Buol, primo sindaco della città.

Per decenni Las Vegas fu stazione di sosta per le carovane di pionieri dirette in California e, nei primi anni del Novecento, un importante snodo ferroviario, attraverso cui le miniere dei dintorni inviavano i loro prodotti al resto del paese; con l'espandersi delle ferrovie Las Vegas perse importanza, ma la costruzione della Diga di Hoover, completata nel 1936, segnò una grande e definitiva rinascita: al denaro pubblico, servito per innalzare la diga, si aggiunse quello dei turisti richiamati dall'imponente costruzione e dal Lago Mead che essa aveva formato. La legalizzazione del gioco d'azzardo, il 19 marzo 1931, portò all'avvento degli hotel e dei casinò per i quali Las Vegas è famosa in tutto il mondo.

Nel 1946 Bugsy Siegel aprì il famoso primo hotel casinò di Las Vegas (Flamingo Hotel), che contribuì molto alla nascita della leggenda cittadina. Al denaro portato da turisti e giocatori, si aggiunse anche quello dei militari, addetti alla vicina base aerea di Nellis. Le necessità abitative di militari e lavoratori nei casinò diedero quindi il via a una forte espansione edilizia, che dura tutt'oggi.

Negli anni della guerra fredda - in particolare dal 1951 al 1962 - nel relativamente vicino poligono da bombardamento di Nellis e nel Nevada Test Site furono effettuati decine di test esplosivi atmosferici di bombe nucleari a fissione, sia all'altezza del suolo sia a pochi chilometri di quota. I test divennero sotterranei dopo la firma del Trattato sulla messa al bando parziale degli esperimenti nucleari, firmato nel 1962 da decine di paesi, con il patrocinio del presidente John Fitzgerald Kennedy e di Nikita Chruščёv.

Dagli anni trenta del secolo scorso, in definitiva, Las Vegas ha visto uno sviluppo economico costante e privo di grosse crisi. Oggi sta vivendo un vero boom e la sua economia è tra quelle che stanno crescendo di più negli Stati Uniti.