牡丹江是由满语“穆丹乌拉”转变为汉语的，“穆丹”在满语中是“弯曲”的意思，“乌拉”是江的意思。牡丹江的名字实际上是“弯弯曲曲的江”。
牡丹江市的历史悠久，自商朝直到隋朝的二千三百多年间一直是满族人的先祖肃慎、挹娄、勿吉的世居地，满足风情浓郁。唐代时期该地属于渤海国首都上京龙泉府，宋代属于上京胡里改路，金代和元代则属万户府直辖，明代和清代是宁古塔将军和吉林将军所管辖地方。由于清代朝廷一直以“祖宗发源之圣地”为由实行禁止垦荒政策，直到1903年沙俄修筑中东铁路，才开始发展，至今仍留有城子后山城遗址、唐代渤海国上京龙泉府遗址等古迹。
九一八事变后，日本人占领了东北，为东北的木材煤炭等资源，进一步加强铁路建设，至今仍留有八女投江等景点。牡丹江站因位于“满州里—绥芬河”“图们—佳木斯”绥满图佳两条铁路线的交叉点，成为重要的交通枢纽。
