Karjalan alue vapautui jäästä noin kahdeksantuhatta vuotta eKr. Ihmiset asuivat pienissä ryhmissä suurilla etäisyyksillä toisistaan loputtomien metsien erottamina. Aiemmin säilyneet arkeologiset löydöt ja maailman kuuluisat kalliopiirrokset auttavat meitä oppimaan heidän elämästään ja elämäntavoistaan. Historiallisesti täällä alueella on kehittynyt kolme heimoryhmää: karjalaiset, jotka asuivat Laatokan länsi- ja pohjoispuolella; vepsäläiset, jotka asuivat Laatokan ja Äänisen järvien välissä ja saamelaiset (lapit), jotka miehittivät lähes koko nykyisen Karjalan alueen. Lännessä karjalaiset rajoittuivat suomalais-ugrilaisten kansoihin kuuluvia sum ja em-heimoja, etelässä – slaaveja ja izhoraa.

900-1000- luvuilla Karjalan eteläosa joutui muinaisen Venäjän valtion vaikutuspiiriin ja slaavilaisia asutuksia alkoi ilmaantua tälle alueelle ja Pomorielle. 1100-luvulla Karjalasta tuli osa Novgorodin ruhtinaskuntaa. Sen kehitys aiheutti metsästyksen, merikalastuksen, suolantuotannon ja rautatyöstön kasvua. 1300-1400-luvuilla syntyi useita kauppapaikkoja - Aunus, Puudosi, Poventsa, Suma ja Vytegran pogosta.

Kristinuskon käyttöönotto Karjalassa liitetään Aleksanteri Nevskin isän ruhtinas Jaroslav Vsevolodovichin nimeen. Vuodesta 1478 lähtien Karjala Novgorodin kanssa liittyi Venäjän valtioon.

Pietari Suuren nimeen liitetään myös Venäjän ensimmäisen parantolan rakentaminen rautapitoisten lähteiden lähelle. Ne lähteet oli löydetty vuonna 1714. Martsialnyje vody – parantola sijaitsee 50 km päässä Petroskoista. 

Suuren Isänmaallisen sodan aikana kaksi kolmasosaa tasavallan alueesta, jonka osuus oli 83 prosenttia teollisuustuotannosta, miehitettiin. Vuoden 1944 lopussa Karjala vapautettiin ja sodan tuhoaman talouden elpymisen aikana tasavallan autonomisen asema palautettiin vuonna 1956. Uudet rakennukset nousevat, väri- ja rautametallurgia kehittyy, koneenrakennus ja energia ovat tehostuneet. Karjalasta tulee johtava asema kemiallisen puunjalostuksen alalla.