Piirkond oli asustatud juba inkade-eelsel ajal. Seal oli viljaka pinnase ja soodsa kliimagaorg, kus elasid mitmest hõimust pärit inimesed.
Esimene eurooplane, kes sellesse orgu jõudis, oli Garci Ruiz de Orellana1542. Ta ostis suurema osa sellest piirkonnast kohalike hõimupealike käest ära, makstes selle eest 130 peesot. Müügitehing registreeriti 1552Potosi linnas, mis oli kuningavõimu esindajate asupaik. Orellana elupaik Mayorazgo maja on säilinud ja asub tänapäeval Cochabamba lähedal Cala Calas.
Cochabamba linn asutati nimega Villa de Oropeza2. augustil1571 asekuninga, Oropesa krahvi Francisco de Toledo käsul. 1574. aastal vormistati see ametlikult. Sellest sai kohaliku põllumajanduse keskus, mis tootis toiduaineid läheduses olevate kaevandusasulate jaoks Altiplanos, sealhulgas Potosi jaoks, millest sai 17. sajandil üks maailma rikkamaid linnu sealsete hõbedakaevanduste tõttu. Need tohutud hõbedakoormad viidi Hispaaniasse, mis oli tollal üks maailma suurvõimudest. Seetõttu õitses ka Cochabamba oma olemasolu esimestel sajanditel. 18. sajandil hakkasid sealsed kaevandused ammenduma ja seetõttu käis Cochabamba alla.
1786 andis Hispaania kuningasCarlos III linnale uue nime Villa de Cochabamba, mille ette käisid sõnad "ustav ja vapper". Ustavaks ja vapraks nimetas Carlos linna sellepärast, et too oli olnud võtmerollis 1781. aasta indiaanlaste ülestõusu mahasurumisel Oruros, saates Orurosse oma väeüksused.
1793. aasta rahvaloenduse andmetel elas Cochabambas 22 305 inimest, neist 6368 hispaanlast (valget), 12 980 mestiitisi, 1182 indiaanlast, 1600 mulatti ja 175 aafriklasest orja.
2000. aastal toimusid linnas rahutused vee hinna kolmekordse tõusu pärast.
