По дошедшим до наших дней историческим сведениям город Златоуст основали в середине XVIII века. Именно тогда был дан старт промышленной разработке недр Южного Урала. В конце 1751 года владельцы крупных промышленных предприятий из Тулы по фамилии Мосоловы подписали договор с губернской канцелярией Оренбурга о строительстве завода по выпуску железа, который планировалось разместить на реках Куваш и Сатка. После подробного исследования данной местности Мосоловы изменили свое решение и начали строительство завода в устье Тесьмы на реке Ай.
Предприятие заработало в августе 1761 года. Именно эту дату считают днем основания Златоуста. Впоследствии город на протяжении всей своей истории будет связан с изготовлением и обработкой металла. Развитие металлургической отрасли в этом месте продвигалось большими темпами благодаря исключительной чистоте найденных здесь руд.
Новому городу дали имя выдающегося религиозного деятеля и христианского подвижника Иоанна Златоуста, хотя до сих пор историки не могут найти причину такому решению. Одни предполагают, что это связано с датой заключения договора с Мосоловыми, который был подписан незадолго до праздника Иоанна Златоуста, другие говорят о том, что у промышленников из Тулы была семейная икона этого подвижника и это послужило толчком к принятию такого решения.
Еще долгое время после присвоения городу имени христианского деятеля в народе ходило еще одно название – Косотурский, напрямую связанное с одноименными горами, возле которых изначально планировали строить завод.
В 20-х годах прошлого века советская власть собиралась дать городу другое название. Рассматривались варианты Стальск и Южноуральск. В 1929 году местный окружной исполком принял решение присвоить Златоусту имя Сталинск, но ВЦИК и Уральский областной исполнительный комитет не поддержали эту идею и оставили городу его историческое название.
В 1815 году в Златоусте начала свою деятельность фабрика по производству оружия, а в качестве мастеров в эти места были выписаны опытные оружейники из Золингена (Германия). В 1857 году начала свою работу фабрика по литью пушек из стали, которая стала российским первенцем в этой отрасли.
В начале XIX века в городе начали изготавливать оригинальные гравюры на металлической основе. Это искусство применялось для оформления шпаг, кортиков, сабель, которые выпускали на предприятиях Златоуста. На сегодняшний день с помощью серебряной или золотой насечки делают всевозможные гравировки на подарочном оружии, а на пластинах из стали мастера в Златоусте изготавливают декоративные панно.
В конце 1917 года в город пришла советская власть, а в мае следующего года недалеко от станции Златоуст состоялось историческое сражение с участием отрядов Красной гвардии и корпуса солдат из Чехословакии. Красногвардейцы предприняли попытку разоружения чехословацких легионеров, которые прибыли на станцию в количестве 800 человек.
Во время Великой Отечественной войны в городе базировалось порядка двадцати заводов и фабрик, которые были эвакуированы из других территорий СССР. Из них следует выделить Московский часовой, Подольский механический и Тульский оружейный заводы.
После окончания войны Златоуст стал центром машиностроительной и металлургической отраслей, площадь города довольно сильно увеличилась, а количество населения выросло практически в два раза. Из появившихся в послевоенные годы предприятий необходимо отметить часовой завод и швейную фабрику, а в конце 50-х годов в городе начала функционировать высоковольтная подстанция.
В 1980 году Златоуст получил Орден Октябрьской Революции.