从13世纪开始卡累利阿部分地区属于瑞典，18世纪初的大北方戰爭後簽訂《尼斯塔德條約》（1721年）之後属于俄罗斯。

卡累利阿是在冰川期之後，即西元前7000至西元前6000年時開始有人居住的，古代居民主要從事漁獵活動。西元前1000年前後，這裡的人們掌握了冶鐵術，出現了農業和畜牧業。西元1000年末期時，當地主要居住著使用芬蘭烏戈爾語族語言的民族：在卡累利阿地峽和拉多加湖畔北部地方居住的主要是卡累利阿人，在拉多加湖和奧涅加湖之間居住的主要是维普斯人，再往北住的是萨米人。與此同時，在奧博涅加東北部和白海沿岸地區出現了斯拉夫人。他們促進了當地農業、制鹽業和海洋漁業的發展。

西元9世紀基輔羅斯出現後，卡累利阿被納入這一國家的勢力範圍。西元12世紀基輔羅斯解體後，卡累利阿成為諾夫哥羅德公國的一部分。

1478年，卡累利阿同諾夫哥羅德公國的其他地區一併歸入俄羅斯國家。1617年，經過長時間的戰事，卡累利阿地峽被瑞典佔領，卡累利阿人大規模向俄羅斯國家內地遷徙。彼得一世執政時期，在卡累利阿境內的奧洛涅茨地區建立了一系列礦石加工廠，這些礦廠在與瑞典進行的北方戰爭期間（1700－1721年）向俄羅斯軍隊提供槍炮和其他裝備，對戰爭的勝利起到了重要的作用。1703年建立的彼得羅夫斯基工廠為同名小鎮注入活力，該鎮不斷發展，最後成為彼得羅紮沃茨克市。根據1721年締結的《尼斯塔德條約》，卡累利阿地峽重新劃歸俄羅斯版圖。

從1918年春天起，卡累利阿成為紅軍與白衛軍和外國武裝分子交戰的場所。1919年夏，白衛軍和協約國軍隊佔領了卡累利阿沿海地帶和奧涅加湖北部沿岸地區，而芬蘭白軍則佔領了卡累利阿西部邊境區域。經過彼得羅紮沃茨克、維德利察和利日馬城下的戰鬥，紅軍于1919年夏秋重新奪回主動權，並在1920年2月－3月發動的攻勢中徹底打敗了敵人。

1920年6月8日，全俄中央執行委員會下令，將阿爾漢格爾斯克省和奧洛涅茨省內的卡累利阿人聚居區組建成卡累利阿勞動公社。1923年7月25日，根據全俄中央執行委員會的決定，卡累利阿勞動公社改為卡累利阿蘇維埃社會主義自治共和國。卡累利阿經濟恢復工作於1925年基本結束，在20年代末到30年代的工業化建設期間，卡累利阿的木材加工業不斷發展，一系列鋸木廠得以改建修復。此外還出現了一些新的工業部門，如紙漿造紙業、傢俱製造業、採礦業和能源工業。

苏芬战争（1939年－1940年）结束后，卡累利阿蘇維埃社會主義自治共和國于1940年3月31日改称为卡累利阿-芬蘭蘇維埃社會主義共和國。其加盟共和国的地位一直保持到1956年卡累利阿重新成为俄罗斯联邦下属的自治共和国之时。

在1941年6月蘇德戰爭爆發，苏联軍隊被納粹德國的突襲迅速崩潰，芬蘭乘機進攻卡累利阿及摩爾曼斯克，10月芬蘭攻破卡累利阿首府彼得羅扎沃茨克，大部分領土被佔領。卡累利阿超過10萬居民參加了蘇聯軍隊和遊擊隊。1944年6月21日，卡累利阿方面軍轉入進攻，6月28日打敗德芬聯軍解放了彼得羅扎沃茨克。到7月末，蘇軍挺進到蘇聯與芬蘭邊界一線，直至9月芬蘭同蘇聯停戰退出。數千名卡累利阿人因在前線戰鬥中的英勇表現和在後方的忘我工作而榮獲政府頒發的勳章，26人獲得蘇聯英雄稱號。戰爭使卡累利阿的國民經濟和文化事業遭受巨大損失。約200多家企業、學校和俱樂部被損毀。到1950年，該地區經濟得以恢復，主要經濟指標達到戰前水準。在蘇聯歐洲部分城市和村莊的重建過程中，卡累利阿生產的木材發揮了重要的作用。木材加工業的增長態勢一直持續到60年代中期。當時採取了逐步縮減木材加工業、優先發展其他重要工業（造紙業、採礦業、機械製造業和金屬加工業）的方針。

1992年3月31日，卡累利阿共和国作为俄罗斯联邦一个全权主体，签署了联邦条约。