Упоминания о городе появляются в конце XVI века. На русских картах слово «надым» встречается с конца XVII века, а река Надым была отмечена в изданной на рубеже XVII—XVIII веков «Чертёжной книге Сибири» С.У. Ремезова. На карте Тобольской губернии 1802 года Надым отмечен как значительный населённый пункт на левом берегу низовья реки Надым. Сегодня это место, находящееся в 32 километрах от устья, называется Надымским городищем.
В 1929 году был создан оленеводческий совхоз «Надымский», на правом берегу реки Надым появился посёлок. Однако в 1934 году совхоз был расформирован и превращён в факторию.
В августе 1952 года от Салехарда до Надыма было открыто рабочее движение поездов, в том числе и пассажирское, в рамках прокладываемой в 1947—53 годах силами ГУЛЖДС МВД СССР железной дороги по маршруту Чум — Салехард — Игарка. После смерти Сталина железная дорога была заброшена.
Осенью 1967 года барачный посёлок был выбран в качестве опорной базы для разработки газового месторождения Медвежьего. Окружённый многочисленными озёрами посёлок располагался на сухом возвышенном месте, что позволяло построить взлётно-посадочную полосу для авиатранспорта. Относительно небольшое 12-километровое расстояние до реки Надым, давшей имя посёлку, также послужило одним из аргументов в его пользу. В 1950—1960 годы посёлок назывался Новым Надымом.
Параллельно с ускоренными темпами освоения Медвежьего газовики создавали город, которому суждено было стать общественным и культурным центром Тюменского Севера. В августе 1971 года в Надыме состоялась торжественная церемония закладки первого капитального здания, а 9 марта 1972 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР рабочий посёлок Надым получил статус города окружного подчинения.
