Козлов основан по указу царя Михаила Фёдоровича от 5 сентября 1635 года как укреплённый пункт для обороны Рязани, а также шацких, ряжских и данковских мест от набегов крымских и ногайских татар.
Возведением крепости на берегу реки Лесной Воронеж руководили воеводы И. Биркин и М. Спешнев. В своей «Отписке» они следующим образом описывали вновь основанную крепость … и на Козлове урочище по твоему государеву указу, у бога милости прося… острог, которому быть вместо города, обложили октября в 11 день. А номере, государь, около его триста семьдесят сажень <…> А мост будет на остроге по городовому с обламами, а башни будет две проезжих, да восемь башен глухих, да башня у тайника, да около острогу будет ров… а тайник будет приведен — из башни к реке Воронежу у острожные стены до реки Воронежа двадцать одна сажень, а колодезя государь в городе нам холопам твоим, копать некем, мастеров и снастей колодезных нет… А церковь… обложили во имя пресвятые богородицы честного и славного Покрова Октября в 18 день.
Академик Фальк, посетивший Козлов в 1769 году, нашёл, что он был обширнее и многолюднее, нежели Тамбов, но выстроен хуже и его жители занимались более сельскими промыслами, хотя в нём и насчитывалось 1064 купца. В 1779 году Козлов получил статус уездного города Тамбовского наместничества.
С XVIII века Козлов развивался как крупный торговый центр сельскохозяйственного района. В XIX веке в городе процветала торговля хлебом, скотом, шёлком, сукном, рыбой, солью, имелись и кустарные промыслы. Во второй половине XIX века возникает переработка сельскохозяйственного сырья (мельницы, скотобойни, винокуренный и салотопенные заводы, табачные фабрики, элеватор). К концу века в Козлове было 2 чугунолитейных завода, колокольный завод, крупные железнодорожные мастерские.
Тогда же сложился неповторимый архитектурный облик Козлова, сохранившийся во многом до настоящего времени.
В 1932 году в честь учёного-селекционера Ивана Владимировича Мичурина (и при его жизни) город Козлов был переименован в Мичуринск.
В 1985 году город награждён орденом «Знак Почёта».
25 июля 2011 года Мичуринск посетил президент России Дмитрий Медведев, который провел в Мичуринском государственном аграрном университете рабочее совещание «О перспективах урожая и текущей ситуации на зерновом рынке», а также осмотрел выставочную экспозицию агротехнопарка «Зеленая Долина».