В района на Павликени са открити следи от праисторическия човек.
Съществуват две версии за възникването на населеното място. Според едната, която се основава на недоказана легенда, името на града идва от името на болярина Павликян, който се е заселил на тези земи и е основал чифлик. Според другата версия, поддържана от известния изследовател на павликянството историка Милчо Йовков, населеното място се е образувало, като на негово място са се заселили павликяни от Тракия.Селището съществува през 13 – 14 век, а с името Павликян се споменава през 15 век.
Градът възниква след 1943 г. на основата на бившето с. Павликян, чието старо население е изповядвало павликянство. С името Бавликян и Павликян селото се споменава в османските архиви от XV-XIX в.
След отказа на земевладелците от Бяла черква павликенецът Атанас Хаджиславчев се съгласява да дари собствени земеделски земи на министерството на железниците, за да се построят жп линията и гара Павликени. Дотогава основната дейност в село Павликени е земеделието.
След прокарването на ж.п. линията София – Варна (1899 г.) селото се развива в търговско и занаятчийско селище. Жп гарата дава в началото на 20 век голям тласък за развитието на селото като икономически и околийски център.
Изграждат се мелница, маслобойна, керамично предприятие, винарска изба, металообработващо предприятие.
Днес град Павликени е важен железопътен възел на централната жп линия София – Варна с развито машиностроене, лека промишленост, хранително-вкусовата промишленост и други отрасли.
Тежката индустрия в града е добре развита.
В Павликени се намира единственият в тази част на България зоопарк. Там живеят около 120 животни и птици от 23 вида. Най-интересни за посетителите са щраусите, благородният елен, еленът лопатар, мечката Вера, морските свинчета, язовците, както и патагонската мара.
Морският нос Павликени на остров Гринуич в Антарктика е наименуван в чест на града.
