Поселение основано как железнодорожная станция в 1881 году во время строительства Екатерининской железной дороги.
В начале XX века в Волновахе было 45 дворов, проживало около 250 человек. К 1915 году насчитывалось 108 дворов и 634 жителя. Имелись лавка, базар, частная пекарня, школа. В 1895 году на станции построили вокзал, в 1896 году — паровозное депо, в 1900 году между Юзовкой и Мариуполем через Волноваху проложены вторые пути. К 1905 году станция стала узловой. В 1908 году в Волноваху из Дебальцева была переведена школа артельных старост — первая в России школа по подготовке мастеров (артельных старост) для строительства железных дорог.
Во время гражданской войны в Волновахе располагалась центральная артиллерийская база ВСЮР. В октябре 1919 года на подступах к Волновахе шли упорные бои частей ВСЮР и отрядов Революционной повстанческой армии Украины (махновцев).
В 1930 году Волноваха становится районным центром. Статус города получен в 1938 году.
Развитию железнодорожного узла и поселка способствовала индустриализация страны. В годы первых пятилеток построены хлебозавод, завод безалкогольных напитков, пищекомбинат, типография. Население Волновахи в 1939 году составило 15,3 тыс. чел. Тут работали две средние и семилетняя школы, две больницы, поликлиника, детский сад, стадион, фабрика-кухня, дворец культуры, 3 библиотеки, около 20 магазинов. В черте города находились два колхоза и совхоз.
В 1941 году город захвачен немецко-фашистскими захватчиками. Волноваха освобождена Красной армией 10 сентября 1943 года.
За годы после Великой Отечественной войны Волноваха стала крупным центром пищевой промышленности и строительной индустрии.