דימונה נוסדה בשנת 1955 כשכונת מגורים לעובדי מפעל ים המלח ולעובדי מפעל הפוספטים באורון. לא רבים האמינו אז בהקמתו של יישוב בלב המדבר, והיו אף שכינו אותו בשם "דמיונה", או "דמעונה", שם המבטא את הקשיים שאפיינו את חייהם של התושבים הראשונים במקום.
בראשית שנות ה-60 הופנו ליישוב עולים חדשים רבים, שעבדו בעיקר במפעלי הטקסטיל הגדולים שהוקמו במקום. בשנת 1969 זכתה דימונה במעמד של עיר. בשנות ה-70 החלו להתיישב בעיר בני קהילת העבריים, המונה בדימונה כ-2,500 נפש. חבריה חיים חיי שיתוף ונחשבים חלק מקהילה גדולה יותר – הישראלים העבריים. הם מקיימים חלק ממצוות התורה מבלי לראות עצמם יהודים.
בעקבות המשבר שפקד את ענף הטקסטיל נסגרו מפעלים רבים בעיר. דימונה סבלה מקשיים כלכליים ומקיפאון דמוגרפי. המצב השתנה בסוף שנות ה-80, עת התיישבו בדימונה עולים רבים ממדינות חבר העמים.
בשנת 2016 התגוררו בעיר כ-39 אלף תושבים. תכנית המתאר של דימונה מייעדת אותה ליישוב בן 80 אלף איש ואת פארק בן גוריון לאזור הירוק המרכזי של העיר.
ידידי קק"ל בארה"ב, קנדה, אנגליה וצרפת שותפים למפעלים רבים בדימונה בתחום החינוך ואיכות הסביבה - פיתוח ירוק במוסדות ציבור ובמעונות לילדים בעלי צרכים מיוחדים, פיתוח מועדונים לצעירים ופיתוח ירוק של הכניסות לעיר.