У 1707 році за наказом Коша Запорізького на річку Вовчу був виставлений козацький пост, який вів спостереження за рухом татар. Так тут виник запорізький зимівник. Після ліквідації Січі у цій місцевості поселилася група козаків. До них у 1775 році приєдналось чимало родин, що переселилися з-під Кобеляк, що на Полтавщині. Зимівник перетворився на військову слободу Василькова. Назва її пов’язана з іменем першого поселенця Василя Покваліпта. У вересні 1775 року вона стала Васильківкою. У 1781 році в ній проживало близько 750 чоловік. Основним заняттям жителів було сільське господарство — хліборобство, тваринництво.
Завдяки вигідному розташуванню Васильківки на шляху, що вів на Запорожжя кількість населення швидко зростала і у 1859 році становила 4,3 тис. чоловік.
Станом на 1886 рік у селі мешкало 5 552 особи, налічувався 941 двір, були православна церква, школа, 9 лавок, 2 бондарні, 2 винних склади, 6 постоялих дворів, відбувалось 3 ярмарки на рік та базари по святах. Село було центром Васильківської волості Павлоградського повіту Катеринославської губернії.
Ще інтенсивніше село почало розвиватись із побудовою наприкінці XIX століття поблизу нього Катерининської залізниці. У 1901 році почав діяти паровий млин, з’явилися перші крамниці. В 1914 році в селі було 2 церковноприходські та 4 земські школи, відкрилась лікарня на 11 місць з 1 лікарем. Населення становило 12 тис. осіб.
У роки Першої світової війни та Визвольних змагань Васильківку завойовували різні війська, що діяли на цій території:
квітень 1918 — німецько-австрійські війська;
листопад 1918 — війська Червоної армії;
червень 1919 — війська Добровольчої армії під командуванням генерала Денікіна;
30 грудня 1919 — остаточне завоювання села Червоною армією, встановлення радянської влади.
Після запровадження нового адміністративного поділу Української РСР село стала центром Васильківського району цієї ж губернії. З 1925 року з введенням окружної системи стала належати до Павлоградської округи. З 1926 року з об’єднанням Павлоградської й Катеринославської округ Васильківський район входить до Дніпропетровської округи. У 1932 році увійшла до складу Дніпропетровської області.
Під час колективізації у 1920-х роках у селі створено чотири колгоспи — «Заповіт Леніна», ім. Будьонного, ім. Ворошилова та ім. Леніна.
Під час організованого радянською владою Голодомору 1932—1933 років померло щонайменше 136 жителів селища.
У 1940 році у Васильківці було 2 середні, 3 семирічні і 5 початкових шкіл, лікарня на 50 місць, поліклініка та амбулаторія, 4 клуби, бібліотека. Видавалась районна газета.
Під час Другої світової війни окуповане німецькими військами 18 жовтня 1941 року. 17 вересня 1943 року звільнене радянськими військами.
У другій половині XX століття після відбудови завданих війною руйнувань село й далі розвивалося. У 1957 році Васильківці присвоєно статус селища міського типу. В цей період відбулося укрупнення колгоспів, до колгоспу ім. Леніна було приєднано інші артілі. У 1957 році створено Васильківську міжколгоспну будівельну організацію, у 1961 році на базі Улянівської МТС утворено районне відділення «Сільгосптехніка».
Інфраструктура Васильківки у 1967 році:
пошта, телеграф, телефонна станція, радіовузол, побутовий комбінат, телеательє;
35 торговельних установ;
районна лікарня на 210 ліжок, поліклініка, жіноча і дитяча консультації, аптека;
три середні, дві восьмирічні, п’ять початкових шкіл;
районний будинок культури та чотири колгоспних, районні бібліотеки для дітей і дорослих.
12 листопада 2014 року у селищі невідомі завалили пам’ятник Леніну.
З 17 липня 2020 року смт Васильківка входить до складу новоутвореного Синельниківського району.
