Город металлургов был образован 1 октября 1945 года на базе бывшего поселка Самаркандский. Строительство города и его промышленных объектов связано с периодом освоения Карагандинского угольного бассейна, пишет информационный портал акима города Темиртау.Зарождающаяся угольная промышленность остро нуждалась в электроэнергии и в 1935 году возле существовавшего с начала XX века в 30-ти километрах от города Караганды поселка Самаркандского, с населением в 200 человек, на реке Нура было начато строительство гидроузла. Через 3 года его завершили.

В 1942 году на КарГРЭС был сдан в эксплуатацию первый турбогенератор.
В самые трудные военные годы, когда многие промышленные районы СССР были оккупированы, Государственный Комитет Обороны принял решение о строительстве металлургического завода возле города Караганды.

31 декабря 1944 года Казахский металлургический завод вступил в строй действующих.

1 октября 1945 года Указом Президиума Верховного Совета Казахской ССР поселок Самаркандский был выведен из состава пригородной зоны города Караганды и преобразован в город Темиртау.

В настоящее время территория города составляет 29610 га. Численность населения на 1 марта 2013 года – 181197 человек.

В состав города входит поселок городского типа Актау, в котором проживает 6860 человек.