De geschiedenis van Nikko gaat terug tot de 8e eeuw toen de boeddhistische monnik Shodo Shonin er een bedevaartsoord oprichtte. De Shihonryu-tempel die toen werd opgericht als de hoofdtempel van de Tendai-sekte ontwikkelde zich in de loop der jaren tot wat vandaag het Rinnoji-tempelcomplex wordt genoemd. Het dorp Nikko ontstond rond deze tempel.

Een jaar na het overlijden van Tokugawa Ieyasu (1543–1616), stichter van het Tokugawa-shogunaat, werd in Nikko een schrijn te zijner nagedachtenis gebouwd. Onder diens kleinzoon, Tokugawa Iemitsu, werd de schrijn uitgebreid door duizenden kunstenaars en ambachtslui. Waar elders in Japan de architectuur strak, rechtlijnig en weinig kleurrijk is, en waar gewoonlijk zwart en wit overheersen, werden in Nikko kosten noch moeite gespaard om het mausoleum uitbundig te versieren met kunstige details. Talloze afbeeldingen van dieren, planten en bloemen werden in hout uitgesneden. Nikko wekt daardoor de indruk eerder door Koreaanse of Chinese ambachtslui te zijn gemaakt dan door Japanners. Na het overlijden van Tokugawa Iemitsu werd voor hem ook een Shinto-schrijn gebouwd in Nikko, Taiyu-in Reibyo.

Tijdens de Meijiperiode (1868–1912) groeide Nikko uit tot een bergresort. De plek was meteen erg populair bij buitenlandse bezoekers. In 1890 werd een treindienst ingesteld naar het gebied en in 1929 volgde een concurrerende spoorlijn.

In 1889 werd Nikko een gemeente in het district Kamitsuga. In 1954 fuseerde het met het naburige dorp Okorogawa en werd het een stad. In 2006 werden Imaichi, Ashio, Fujihara en Kuriyama bij Nikko aangehecht. Het stadhuis verhuisde daarmee naar het grotere Imaichi.