La présence humaine sur le site de Madâin Sâlih remonte à l'âge du bronze ancien. Il n'y a pas de trace d'occupation sédentaire, mais des tombes à cairn sont présentes. Il en existe quatre types. Ces dernières sont très répandues au Proche-Orient, mais difficiles à dater car pillées au fil du temps et peu de matériel archéologique est arrivé jusqu'à notre époque. Elles permettent néanmoins de dater la présence humaine d'entre le IVe et le IIIe millénaires av. J.-C. Une tombe typique est composée de deux éléments : une ou plusieurs structures formées de deux parements parallèles maçonnés, au centre desquels sont aménagés deux ou trois compartiments pouvant atteindre 2 m de long, et une tombe en forme de tour[1].

Des restes humains datés de la fin du IIIe millénaire av. J.-C. ont été trouvés dans un des compartiments d'une tombe située au sud-ouest du site de fouille, ainsi que quatre-vingt-deux perles en coquillages composant un ou plusieurs bracelets. Près de Tayma, à 115 km au nord-est de Madâin Sâlih, se trouvent d'autres tombes. Il peut s'agir d'une tradition funéraire propre à l’Arabie du Nord-Ouest[2].

Le site commence à être occupé de manière permanente à partir de la période lihyanite, entre le VIe et le IVe siècle av. J.-C. Cette occupation est confirmée par la présence d'inscriptions en caractères dadanites et araméens, mais aussi par la présence de graines, de charbon de bois et de céramiques dans la zone de fouille de la zone résidentielle[3].

Avant l'arrivée des Nabatéens, la science ne permet pas de savoir si la population locale reste sous influence lihyanite ou bien d'une autre civilisation (d'une tribu d'Arabie du Nord ou des Minéens). Cela est dû au fait que le site se trouve sur la route terrestre de l'encens. Ainsi, les échanges commerciaux entre le IIIe siècle et le Ier siècle av. J.-C. se renforcent dans ce secteur. La découverte de trois cents pièces d'or d'influence grecque indique que le secteur a des liens avec la civilisation hellénistique, mais il est difficile de savoir quel roi est responsable du secteur. En effet, les tétradrachmes athéniens d'époque classique, qui présentent à l'avers une tête d'Athéna casquée et au revers une chouette avec les lettres grecques A-th-e (Alpha-théta-epsilon), sont facilement imitables et ne donnent aucun indice sur le souverain en place dans la région. Il est possible que ces pièces aient été frappées sur place et non pas importées lors d'échanges avec d'autres royaumes[4].

L'arrivée des Nabatéens dans la région date du milieu du Ier siècle av. J.-C. Le royaume nabatéen, en pleine expansion, cherche alors à sécuriser sa frontière sud et à accéder aux ports de la mer Rouge dans le cadre des routes commerciales développées à cette époque. Il espère aussi contrôler la voie commerciale terrestre, et Hégra devient la plaque tournante de ces échanges. Les Nabatéens, dotés d'une organisation militaire et administrative, contrôlent facilement cette région[5].

L'expansion de la cité de Hégra commence et de nouveaux quartiers sont créés à l'est du ouadi. Un grand sanctuaire urbain se développe sur une butte rocheuse, et des maisons en briques crues sont remplacées par des maisons en pierre. Un plan de développement de la ville prend forme, mais il ne semble pas avoir été respecté sur l'ensemble du terrain. Ce projet semble soutenu par Arétas IV, au vu du nombre de pièces de monnaie retrouvées sur le site et portant l'inscription "Hijrâ". Un rempart en briques crues est construit vers la fin du Ier siècle av. J.-C. C'est pendant cette période que la spectaculaire nécropole rupestre est aménagée, tandis que les confréries religieuses se multiplient au sein de la cité. Hégra devient une ville de province à l'image de la capitale, Pétra. Afin de gérer la ville, un stratège assure l'administration de la région jusqu'à l'annexion romaine en 106 après J.-C[6].

En 106, à la suite du décès du dernier roi nabatéen Rabbel II, le sénateur romain Cornelius Palma pénètre avec ses troupes dans le pays. Le royaume devient alors une province romaine. Néanmoins, la découverte d'une inscription dans le Jabal Ithlib mentionnant le nom d'un roi postérieur au dernier roi indique la subsistance d'un pouvoir nabatéen. Ce n'est que cinq ans plus tard que les romains annoncent l'annexion du royaume[7].

La ville se transforme peu pendant la période romaine. En effet, elle est complètement excentrée vis à vis de Bosra, nouvelle capitale de cette province, et accessible uniquement par voie terrestre. Seul un fort où stationne la IIIe Légion cyrénaïque est construit, et le rempart réaménagé côté sud-est pour les besoins des Romains. La ville a désormais une vocation militaire, mais la culture reste nabatéenne. Elle demeure sous domination romaine jusqu'aux années 360, puis des chefs arabes sont désignés par les Romains pour gouverner. Contrairement au site de Pétra où des églises sont construites, aucune présence chrétienne n'est avérée à Hégra[8].

Le site est quasiment inoccupé pendant la période islamique, les habitants ayant migré à Al-'Ula, plus facile à défendre. Seules quelques inscriptions gravées sur des tombes montrent que la région passe sous domination islamique. Le site devient alors une simple étape du pèlerinage à la Mecque[9].

Un fort ottoman est construit pour contrôler la région entre 1744 et 1757[10]. Au début du XXe siècle, la plaine de Madâin Sâlih connaît un nouveau regain d'attractivité, avec la construction en 1907 du chemin de fer du Hedjaz par les Ottomans et les Allemands [10]. Elle est alors une escale obligée pour les pèlerins musulmans faisant le hajj, qui partent de Damas ou d'autres lieux au nord. Ce chemin de fer est détruit et abandonné au cours de la Première Guerre mondiale.

À la suite de fouilles archéologiques, la zone est devenue un site touristique.