Хартум был основан в 1820-х гг. Исмаилом — сыном Мухаммеда Али. Город быстро развивался и к 1850-м гг. превратился в крупный торговый и административный центр Судана. В течение нескольких десятилетий в Хартуме быстрыми темпами шло развитие торговли, и он считался одним из крупных экономических центров Северо-Восточной Африки. Однако застройка города проводилась довольно вяло, сооружения не отличались особой оригинальностью, и красивыми зданиями можно было назвать только губернаторский дом у берега Нила и Государственный совет, а также ряд церковных построек и консульств. В основном же в Хартуме возводились лишь небольшие глинобитные жилые дома. Город окружали земляные валы, а по берегам реки Нил располагались виллы состоятельных горожан, сады и огороды.

К началу 1880-х гг. в Хартуме насчитывалось уже около 70 тыс. жителей. Город был многонациональным: в состав его населения входили турки, арабы, копты, туземцы, которых привезли в Хартум в качестве рабов, европейцы. Выходцы из стран Западной Европы, а также греки и сирийцы занимались преимущественно торговлей и ремеслами, некоторые были чиновниками и врачами. На рынках и базарах города покупателям предлагали самые разнообразные товары. Налаживалась торговля с другими странами: например, в Египет продавали ценную древесину, слоновую кость, перья страуса, рабов и др. В городе располагалась и резиденция генерал-губернатора Судана.

В 1885 г. Хартум был захвачен махдистами, организовавшими восстание против турецко-египетского господства в стране. Предводителем повстанцев стал Махди Суданский, а после его смерти войско восставших возглавил Абдаллах ибн аль-Саид Мухаммед. Махдисты ставили своей целью создать на территории Судана независимое государство, и после захвата Хартума им удалось это осуществить. Однако Хартум по распоряжению халифа Абдуллы был разрушен, и административный центр Судана перенесли в город Омдурман. В битве при Омдурмане (1898 г.) махдисты потерпели сокрушительное поражение: их войска были наголову разбиты англичанами, и город Хартум вошел в состав британской колонии, созданной на территории Судана.

В 1899 г. Хартум был объявлен административным центром Англо-Египетского Судана. После изгнания армии махдистов разрушенный город стали поэтапно восстанавливать, на его улицах появились красивые современные здания. В 1900 г. через Хартум была проложена железнодорожная ветка, соединившая город с Нижним Египтом. До 1956 г. Хартум находился под непосредственным влиянием Великобритании, являясь ее колонией.

В январе 1956 г., с созданием независимой Республики Судан, Хартум был объявлен ее столицей. С 1969 г., после военного переворота в стране, Хартум является главным городом демократической Республики Судан. В течение последних десятилетий в Хартуме было открыто трамвайное движение, построены красивые набережные, учебные заведения и учреждения, а также дворец генерал-губернатора. С начала 1980-х гг. в результате гражданской войны, разгоревшейся на юге Судана, экономическая и политическая ситуация в Хартуме дестабилизировалась.