Betleemul este menţionat întâia dată în Sfânta Scriptură în legătură cu moartea Rahelei la naşterea lui Veniamin; ea „a fost îngropată lângă calea ce duce la Efrata, adică la Betleem” (Facere 35, 19). Apoi, în anul 1350, localitatea apare menţionată într-o scrisoare a regelui Ierusalimului Abdu-Heba în care cere faraonului Amenhotep al III-lea un surplus de arcaşi spre a putea recuceri Ierusalimul.

Betleemul devine cunoscut o dată cu naşterea lui David. Cartea lui Rut ne povesteşte istoria strămoşilor lui David. Din căsătoria lui Rut Moabita cu Booz s-a născut Obed, iar din acesta s-a născut Iesei, tatăl lui David (Rut 1, 4). Blândul David, cel mai mic dintre fiii tatălui său este ales de Domnul pentru a-i conduce pe israeliţi la victorie, odată cu uciderea lui Goliat filisteanul (I Regi 17). La moartea lui Saul, bătrânii lui Israel „au uns pe David rege peste tot Israelul” la Betleem (II Regi 5, 3).

Roboam (928-911 î.Hr.), nepotul lui David, a întărit o serie de cetăţi printre care şi Betleemul pentru a proteja latura orientală a regatului său (II Cronici 11, 6).

Betleemul apare în proorocia lui Miheia: „Şi tu, Betleeme Efrata, deşi eşti mic între miile lui Iuda, din tine va ieşi Stăpânitor peste Israel, iar obârşia Lui este dintru început, din zilele veşniciei” (Miheia 5, 1).

La împlinirea timpurilor, Iisus S-a născut la Betleem unde părinţii Lui veniseră pentru recensământul poruncit de Cezar Augustus (Luca 2, 1-7). Ultimul episod biblic în care apare Betleemul este uciderea pruncilor de către Irod (Matei 2, 16).

La mijlocul secolului al doilea, după a doua revoltă a evreilor, Împăratul Adrian i-a izgonit din oraş pe evrei şi a plantat deasupra peşterii din Betleem o pădure sacră închinata lui Adonis-Tamuz. În acelaşi secol primii creştini au început să populeze oraşul.

Soarta Betleemului s-a schimbat în secolul al patrulea, după proclamarea libertăţii cultului. Patriarhul Macarie al Ierusalimului a cerut împăratului restituirea locului sacru, iar Sfânta Elena a construit bazilica Naşterii Domnului, sfinţită la 31 mai 339. Acest eveniment a făcut din Betleem un important loc de pelerinaj creştin, aproape egal ca însemnătate cu Ierusalimul învecinat.

Spre sfârșitul secolului al IV-lea, Betleemul devine un important centru al vieţii monahale după ce Fericitul Ieronim se stabileşte aici. Urmează o perioadă prosperă pentru Betleem, se înalță noi biserici, zidurile oraşului sunt fortificate şi se construiesc două tunuri de apărare.

În anul 614, în timpul invaziei persane, din respect pentru străbunii lor – magii, soldaţii lui Cosroe au lăsat intactă Biserica Naşterii. În anul 637, Califul Omar ibn al-Khattab a vizitat şi el Betleemul şi a garantat faptul ca musulmanii se vor ruga în biserică doar ca persoane individuale, fără adunări şi fără muezin.

Sub cruciaţi, între anii 1096-1099, Biserica Naşterii şi Sfânta Peşteră au fost luate de latini şi restaurate.

În 1263, mamelucii conduşi de sultanul Rukn ed-Din Beibars au distrus zidurile şi cele două turnuri de apărare ale oraşului. Biserica a rămas neatinsă, însă creştinii au fost alungaţi din Betleem. Din anul 1515, Palestina a intrat sub dominaţia Imperiului Otoman.

Secolul XX a marcat crearea statului Israel, iar Betleemul mai întâi intră sub mandat britanic în anul 1922, iar apoi din 1948 până în 1967 aparţine Iordaniei, apoi Israelul cucereşte puterea. Din 1995, Betleemul aparţine Autorităţilor Palestiniene.