Erste Gründungsanfänge gehen bis in die germanische Zeit zurück, wie Ausgrabungen einer Karolinger Burg am Kanstein aus dem 8. Jahrhundert zeigen. Funde aus der jüngeren Steinzeit belegen, dass Langelsheim ein alter Siedlungsort ist. Über die Bezeichnungen Laggenizze und Lagneze findet sich erst 1792 der Name Langelsheim in seiner heutigen Schreibweise. Infolge seiner wirtschaftlichen Bedeutung wurde Langelsheim 1653 zum Sitz eines fürstlichen Amtes erkoren, dem die Dörfer Wolfshagen und Astfeld, die Gebiete der Herzog Juliushütte und Frau Sophienhütte, der Auerhahn und ein Bezirk vor dem Goslarschen Claustore zugeteilt wurden. Der Adelshof (1320) oder Junkernhof (1641) war der Amtssitz, dem Rechtsprechung, Jagden und Zehnten sowie Brau- und Kruggerechtigkeit unterstanden, und der später das Staatliche Forstamt Langelsheim beherbergte.
Die Entwicklung des größten Stadtteils vom Amtsflecken zur Stadt hat sich von alters her in die jüngste Zeit erhalten und ist heute vorwiegend von Industrie, Gewerbe und Handwerk geprägt, wobei auch die Land- und Forstwirtschaft noch Bedeutung haben. Wald, Wasser und Bodenschätze, verbunden mit günstigen Verkehrsverbindungen, führten zum Aufblühen des Harzer Bergbaues und der zahlreichen Erzverhüttungsbetriebe, die die Entwicklung der Stadt bestimmten. Dabei war die nahe Lage zu Goslar und dem Rammelsberg von erheblicher Bedeutung.
Das welfische Herzogsgeschlecht von Braunschweig und Hannover brachte eine neue Verhüttungsart. Namentlich durch Herzog Julius von Braunschweig-Wolfenbüttel wurden die Herzog-Juliushütte und Frau Sophienhütte geschaffen, die jahrhundertelang den größten Teil der Rammelsberger Bleizinkerze verhüttet haben.
Langelsheim mit dem Kanstein liegt am Wanderfernweg „Königsweg“. Unter dem Motto „Wege deutscher Kaiser und Könige“ führt der Weg von Schloss Brüggen bei Gronau bis zur Pfalz Werla bei Schladen. Der Streckenabschnitt vom Radberg bei der Wüstung Dolgen bis zum Kalksteinbruch am Kanstein ist ca. 7,8 km lang. Über Wald- und Feldwege geht es nach Langelsheim und dort an der St. Andreas-Kirche vorbei ein kurzes Stück durch den Ort. Am Ende der Etappe erreicht man den Kanstein, auf dem die historisch-geografisch bedeutende Kansteinburg gestanden hat. Sie war im Geflecht der historischen Fernstraßen von strategisch großer Wichtigkeit.
Am 01.09.1951 wurden Langelsheim die Stadtrechte verliehen. Im Zuge der Gebietsreform 1972 wurde die Stadt, noch im Landkreis Gandersheim gelegen, um die Orte Astfeld, Bredelem, Bergstadt Lautenthal und Wolfshagen im Harz vergrößert und erhielt so ihr aktuelles Gesicht. 1977 wurde der Landkreis Gandersheim aufgelöst und weitestgehend zwischen den Landkreisen Goslar und Northeim aufgeteilt. Die Stadt Langelsheim gehört seitdem zum Landkreis Goslar.
Das Stadtwappen zeigt auf grünem Schild über goldenem Hirschgeweih ein silbernes Zahnrad, belegt mit silbernem Pickel und Spaten. Die Farbe Grün und das Hirschgeweih sollen an die Forstwirtschaft erinnern. Zahnrad, Pickel und Spaten wurden ihn Anlehnungen an die lange Industriegeschichte Langelsheims gewählt. Das Wappen wurde der Gemeinde Langelsheim im Jahr 1949 durch das Nds. Innenministerium genehmigt. Nach Erhalt der Stadtrechte im Jahr 1951 wurde es als Stadtwappen übernommen. Die offizielle Stadtflagge trägt seitdem die Farben Grün-Silber (Weiß), die untereinander angeordnet sind. Seit der Gebietsreform 1972 werden Stadtwappen und -flagge auch für die neue Stadt Langelsheim weitergeführt.