Період заселення Новоукраїнщини нараховує багато тисячоліть. Починаючи від доби палеоліту кожна з епох залишала на теренах краю свої відмітки: сліди ямної, катакомбної, ранньослов’янської культур знайдені на території району та безпосередньо на території міста.
З розкопок у 1994 році кургану на території селища цукрового заводу Новоукраїнки Кіровоградською обласною археологічною експедицією стала відомою сторінка ямною і катакомбної культури на території міста. Землі нинішньої Новоукраїнщини входили до західної окраїни Вольностей війська Запорозького, зокрема до Буго-Гардської паланки Нової Січі. Власне, багато століть це була частина Дикого Поля, у пізньому Середньовіччі і на початку Нових часів своєрідна нейтральна зона між Річчю Посполитою, Османською імперією, та Московською (Російською) державою.
З початком Російсько—турецької війни 1768–1774 років, «прожектом» командувача другою Російською армією графа Петра Івановича Паніна був заснований Павловський редут з розміщенням у ньому першої роти і штабу Молдавського гусарського поселенського полку, сформованого капітаном Звєрєвим із вихідців з Молдавії. Місце вибране при впадінні річок Помічної і Грузької у Чорний Ташлик. На правому березі Чорного Ташлика було збудоване таке ж укріплення Чорноташлицьке. Практично обидва укріплення з десятьма гарматами на валах кожного становили серйозний вузол оборони. Навколо них виникли однойменні поселення, які і стали ядром формування сучасного міста Новоукраїнка.
До 1769 року ця місцина була ненаселена, цього ж року засноване поселення, яке тепер є адміністративним центром Молдавському полку.
З приєднанням у 1775 році Криму до Росії та ліквідацією Запорізької Січі оборонне значення Павлівськ втратив та перейменовується у торговий посад Новопавлівськ.
Етнічні групи, які сформували населення міста — молдовани, українці, євреї, росіяни тощо. В результаті взаємопроникнення і взаємозбагачення різних культур асиміляції в український етнос, сформувалось сучасне населення Новоукраїнки.
З початком бурхливої землеробської колонізації краю Новопавлівськ стає торгово-адміністративним центром та перехрестям сухопутних шляхів, які ведуть із Поділля, Київщини, Черкащини до Причорномор’я та Молдавії.
Після створення військових поселень на Півдні України Новопавлівськ 1821 року передано у відомство 3-ї Української уланської дивізії і тут розміщують штаб 1-го українського уланського полку, через що 1832 року посад перейменовано в Новоукраїнку.
У 1857 році в посаді проживало 6346 осіб. 1869 року закінчено прокладання залізниці Одеса — Кременчук та збудовано залізничну станцію Новоукраїнка, що послужило поштовхом для прискореного розвитку різноманітних виробництв — переважно з ремонту сільськогосподарських знарядь та переробки сільськогосподарської сировини. Щорічно відбувалося три ярмарки.
У 1877—1878 році під час Російсько-турецької війни в Новоукраїнці успішно працював лазарет Пермського санітарного загону, який відвідав з інспекцією М. Пирогов.
Бюджет міської Ради в 1971 році становив 493 тис. крб., а на 1972 рік намічено використати понад 500 тис. крб. Це дасть можливість асигнувати значні кошти на благоустрій міста. Де колись звивалися брудні вулички, тепер на 25 км простяглися широкі асфальтовані й забруковані вулиці з електричним освітленням. Замість скособочених бідняцьких хат виросли добротні будинки. Поряд з цукровим заводом на околиці Новоукраїнки з’явилося ціле робітниче селище, де проживає 265 родин, є своя лікарня, магазини. 1969 року споруджено 170 будинків. Збудовано водопровід. Близько 3 тис. квартир мають газові плити.
В 1970 році здано в експлуатацію лікарню на 55 місць, а медичний комплекс на 240 ліжок при районній лікарні знаходився у стадії будівництва. У 13 дитячих садках і яслах виховувалися 1047 дітей. У 4 середніх і 4 восьмирічних, вечірній і заочній середніх школах, школі-інтернаті, музичній, спортивній і школі кулінарів навчалися понад 4 тис. юнаків і дівчат.
