Город основал в 1214 году граф Герман фон Равенсберг (нем. Hermann von Ravensberg). Резиденция графа и крепость Шпаренбург (нем. Sparrenburg, XVI век, восстановлена в 1879 году), опоясанная Тевтобургским лесом. В XV веке город входил в Ганзейский союз. Известен, прежде всего, как центр по изготовлению тканей из льна.

Билефельд — развитый промышленный центр, мировую известность Билефельду снискали такие отрасли промышленности, как пищевая (наиболее известный производитель нем. Dr.Oetker), машиностроение, легкая промышленность и информационные технологии.

В городе находится, известный медицинский центр по реабилитации больных с тяжелыми формами психических расстройств с библейским названием Бефиль(или Бетель)-«Дом Бога» (с иврита), в особенности больных эпилепсией. В Бефиле (нем. Bethel) живут, учатся и работают 6000 больных. С ними работают 9600 сотрудников. Многочисленная сеть учреждений социального направления определяет лицо и сегодняшнего Билефельда: это и детские приюты, и дома престарелых, и многочисленные центры отдыха для всех возрастов. Основатель Бетеля- шестой ребенок прусского министра Эрнста фон Бодельшвинга, Фридрих фон Бодельшвинг, который в 1866 году основал в Билефельде приют для инвалидов и тех, кто нуждается в помощи. Возникло поселение с более чем 4 000 больными и здоровыми, которые жили и работали вместе, как в большой семье.

В 1969 году в Билефельде был построен Университет, который является сегодня крупным научно-исследовательским центром Германии (17 458 студентов к началу зимнего семестра 2009/2010). Университет Билефельда знаменит своим Факультетом социологии, где в своё время преподавали Николас Луман и Норберт Элиас.