Mesto založili starovekí Gréci z Megary v 6. storočí pred n.l. na mieste tráckeho osídlenia.

Starobylé mesto - Nesebar - Mesémbria, novogrécka výslovnosť Mesimvria si význam uchovalo aj v rímskej a byzantskej dobe. Poslovančený názov Nesebar je prvýkrát spomenutý v 11. stor. V byzantskej a tureckej dobe tu vzniklo veľa kostolov.

V 19. storočí bol Nesebar menším mestom, osídleným predovšetkým Grékmi, ktorí sa živili lovom rýb a pestovaním hrozna. V roku 1919 – 1923, keď bola grécko-bulharská výmena obyvateľov, sa miestni Gréci vysťahovali do Grécka.

V meste je veľké množstvo dobre zachovaných pamiatok z tráckych čias a z antiky a veľa kostolov, ktoré vznikli v obdobiach od konca staroveku do novoveku. Vzhľadom na výhodnú polohu je to navštevovaná turistická lokalita.

Práve neďaleko Nesebaru je známe Slnečné pobrežie. Hlavný pás hotelov pri pláži sa tiahne v dĺžke niekoľko kilometrov a rozprestiera sa v zálive medzi sídlami Nesebar a Sveti Vlas. Výstavba letoviska sa začala počas komunizmu v roku 1958 na mieste, kde sa nachádzali dve staré studne zásobujúce v staroveku a stredoveku práve Nesebar vodou.