Los primeros asentamientos humanos detectados en Zacatelco corresponden a la cultura o fase cultural Tlatempa, entre los años 1200 y 800 a.c. Estos asentamientos corresponden a una aldea dispersa y a una villa, probablemente el mismo Zacatelco, donde se observa una estructura arquitectónica elevada, en la colindancia con el actual municipio de Tepeyanco.
Entre los años 800 al 350 a.c., se desarrolla la fase Texoloc y de acuerdo con la cartografía realizada por el Proyecto Arqueológico Puebla-Tlaxcala (PAPT), en el municipio de Zacatelco se ubica un pueblo grande o ciudad colindando con Cholula. Para la fase Tezoquipan, en el área que actualmente ocupa el municipio de Zacatelco, se puede ubicar un pueblo que colinda con Cholula, asimismo se sabe que hubo contacto con dos aldeas y un pueblo más de los municipios de Tepeyanco y Tetlatlahuca. A pesar de que no se tiene constancia de la existencia de sitios en lo que actualmente es Zacatelco, si se sabe que durante esta fase estuvo bajo la influencia de Cholula y que al parecer existió una estancia.
A pesar de lo anterior, la mayoría de historiadores sólo hacen referencia a los cuatro señoríos que forman la República de Tlaxcala y que a la llegada de los españoles sus caciques son los señores principales de Tlaxcala. Según esta división, Zacatelco pertenecía al señorío de Ocotelulco hasta el arribo de los hispanos a tierras tlaxcaltecas.
La Colonia.- Diez años después de la llegada de los españoles, el cacique Castañeda se apropia del territorio de Zacatelco y funda oficialmente el pueblo el 1º. de diciembre de 1529. De esta manera Zacatelco empezaría su historia colonial.
Con el arribo de los frailes franciscanos, se inicia una nueva conquista, ahora de tipo espiritual, pero no por eso menos penosa. Zacatelco fue una iglesia de visita que reconocía como santa patrona a la virgen Santa Inés, y dependía del convento de Tepeyanco, mismo que se terminó de construir en 1554 y que además atendía a los pueblos de Santo Toribio, Santa Catarina, San Marcos, San Antonio, Nuestra Señora, Santa Isabel y San Luis. Esto hasta 1640, fecha en que el obispo de Puebla, Juan de Palafox y Mendoza, ordena que todas las iglesias se sometan a la jerarquía de la iglesia diocesana, por lo que la orden franciscana tiene que ceder la hegemonía de la que gozaba en todo Tlaxcala.
Gracias a esto, en 1640 Zacatelco deja de ser iglesia de visita para convertirse en cabecera de doctrina, pero el cambio tan abrupto, no fue del todo favorable para los naturales de Zacatelco, quienes en 1641 se quejan ante el obispado de Puebla en contra de su ministro de doctrina. Alegan que las cédulas particulares prohibían la asistencia de ministros de doctrina en pueblos indios donde no hubiese quinientos tributarios, y que el pueblo no cumple con el número establecido, por lo que siempre había sido visita del convento de Tepeyanco; de aquí iba un ministro a administrar los sacramentos los domingos y fiestas de guardar. Y al ser nombrado ministro de la doctrina, de Zacatelco, don Juan de Sandoval los obliga a proveerle sustento, y a prestar servicio en las estancias de Huejotzingo y en las de la jurisdicción, pero el no les presta los servicios religiosos, argumentando que solamente son 125 tributarios. Por lo que piden que Juan de Sandoval no resida en Zacatelco, pues en vez de obtener algún beneficio sólo les trae inconvenientes, prefieren seguir siendo visita de Tepeyanco con los sacramentos, misas y confesiones como tenían por costumbre.
Parece ser que las demandas de la población no fueron escudadas porque en 1644, Zacatelco se constituye en curato, con un titular que administra los actos sacramentales a los pueblos que tenía bajo su jurisdicción. Zacatelco se considera independiente de San Francisco Tepeyanco, pero esta circunstancia no rompería de la noche a la mañana con una estructura fuertemente arraigada. A consecuencia de la secularización, se da una separación entre las doctrinas y sus cabeceras, tal fue el caso de Santa Inés Zacatelco, que se separa de Tepeyanco, al igual que San Lorenzo, San Antonio, San Marcos, Santa Catarina y Santo Toribio, las cuales quedan sujetas a la administración de Zacatelco, que a su vez quedaría constituida en cabecera de todo el partido. En estas condiciones, en diciembre de 1647 se notifica a estos pueblos que deben prestar servicio a Tepeyanco, con el fin de enderezar el caño de agua que iba a este lugar. Pero, ante las condiciones señaladas, aparte de no obtener ningún beneficio, los pueblos que integran la cabecera de Zacatelco se niegan rotundamente a prestar sus servicios, argumentando que ese lugar tiene suficiente gente para realizar este trabajo.
Un factor muy importante en la colonia, fue la intensa lucha que se da entre los naturales y los españoles. Un ejemplo lo encontramos en la denuncia que hace el pueblo de Santa Inés Zacatelco, de la doctrina de San Francisco Tepeyanco, contra la venta y remate de sus tierras ubicadas en las faldas de la sierra destinadas al uso común, y como las leyes reales prohiben que esas tierras sean vendidas, piden se les haga justicia y se suspenda la venta pues no hay lugar a ello. Durante la colonia, se sufrirían diversas epidemias y calamidades como la ocurrida en Zacatelco en 1692, año que para algunos simboliza la "crisis agrícola en Tlaxcala", y en consecuencia tiempo de hambre y de epidemias como la viruela y el sarampión. El archivo parroquial de Zacatelco, confirma el registro de la memoria tlaxcalteca: 1692 fue el tiempo de "la gran hambre".
El año de 1723 resulta muy importante para Santa Inés Zacatelco dado que "forma república"; esto lo logra al unirse con los pueblos de San Juan, San Lorenzo, Santo Toribio, Santa Catarina, San Marcos y San Antonio, los cuales dependían de Tepeyanco.
Para finales de la colonia, el 60 por ciento de la población de la provincia de Tlaxcala se dedicaba a un oficio, por lo que algunos pueblos por ello se caracterizaban por ejemplo: Tlaxcala y Apizaco eran de población no indígena, sino de artesanos. Chiautempan, Nativitas y Apetatitlán de tejedores. En los poblados cercanos a los caminos reales como Tenanyecac y Acatitlán, los arrieros y en Chachalacatlán y Zacatelco, los tenderos.
La Independencia.- En 1822, Zacatelco fue constituido como ayuntamiento, por medio del decreto respectivo. Los primeros años de Independencia serían muy difíciles para Tlaxcala, pues las gestiones para transformar a la Provincia en estado se verían entorpecidas por las ambiciones anexionistas de Puebla. Ante tal situación los ayuntamientos de Tlaxcala, Chiautempan, Teolocholco, Nativitas, Xaltocan y por supuesto Zacatelco, organizaron enérgicas representaciones ante el Congreso para evitar la anexión de Tlaxcala a Puebla. También habría de sufrir cambios respecto a su división territorial. Entre 1836 y 1840, el territorio se integra por 3 partidos: Tlaxcala, Tlaxco y Huamantla, en su caso Zacatelco se ubicaba dentro del partido de Tlaxcala.
Los ayuntamientos y pueblos de Tlaxcala apoyan a la diputación territorial oponiéndose a ser anexados al territorio poblano. El Ayuntamiento de Zacatelco integra su representación a favor de esta causa, enviando un documento al Congreso general expresando lo siguiente: "Señor: El ilustre Ayuntamiento de la municipalidad de Santa Inés Zacatelco, ha visto en Cabildo extraordinario de hoy la representación que dirige a V. Soberanía el ilustre Ayuntamiento de la ciudad de Tlaxcala contra la agregación del Territorio iniciada por el estado de Puebla; y abundando esta corporación en los mismos sentimientos que animan al referido Ayuntamiento, para contrariarla, no puede menos que, representando los derechos de un pueblo libre, adherirse a dicha representación en todas sus partes, suplicando a V. Soberanía se digne desechar la expresada iniciativa y al Territorio de Tlaxcala se le dé su ley orgánica por que tanto anhela. "Sala de Cabildo del ilustre Ayuntamiento de Zacatelco, abril 6 de 1849.- Señor .-Andrés Antonio Mozo, presidente.- Marcelo Antonio Juárez.- Marcelo Coca.- Manuel Xochicale.-Felipe Pérez.- Francisco Montiel.- Rafael Antonio Cortés.- Juan Gómez.- Manuel Gutiérrez, Secretario."
La Reforma.- En la Venta de Zacatelco, se realiza una batalla entre liberales y conservadores. Consiguiendo el triunfo las fuerzas de los coroneles Doroteo León y Rafael Cuéllar, propinándoles a los reaccionarios su derrota y persiguiéndoles hasta Tenexac. Los liberales tlaxcaltecas toman la capital con lo que se da por terminada la Guerra de Reforma en el estado. Para atender el abasto del Ejército de Oriente que operaba en la zona, el gobierno estatal establece en sus cuatro distritos, igual número de juntas proveedoras de víveres y forrajes para apoyar al ejército. Zacatelco es nombrada cabecera del segundo distrito, uniéndosele Nativitas, Tetlatlahuca, Tepeyanco, San Pablo del Monte y Teolocholco.
El 23 de julio de 1867, Margarita Maza de Juárez, estaba de paso por Zacatelco con el propósito de reunirse con su esposo, Benito Juárez, en la capital de la república. Zacatelco es el punto de encuentro donde las autoridades poblanas ceden la guardia de la señora Margarita, a las autoridades tlaxcaltecas.
Una vez concluida la contienda se reinicia la organización en el estado, siendo gobernador sustituto Miguel Lira y Ortega. La entidad vuelve a ser dividida territorialmente en 5 distritos: Hidalgo, Zaragoza, Juárez, Morelos y Ocampo. Zacatelco se ubicaría en el distrito de Zaragoza conocido también como el segundo, junto con Teolocholco, San Pablo del Monte, Tetlatlahuca, Nativitas y Tepeyanco, este último sería la cabecera del distrito.
El Porfiriato.- El 9 de septiembre de 1885, se inaugura la línea telefónica de Zacatelco, y la primera comunicación la dirige el prefecto político Francisco Ahuatzi al Secretario de Gobierno, expresándole las felicitaciones que envían los vecinos del distrito al gobernador Cahuantzi.
La división territorial también registraría cambios, estaba integrada por 6 distritos: Hidalgo, Zaragoza, Ocampo, Juárez, Cuauhtémoc y Morelos, así como por 34 municipalidades. Santa Inés Zacatelco era la cabecera del distrito de Zaragoza. Cinco años más tarde sólo quedó dividido por 34 municipalidades.
En noviembre de 1906, un grupo de mujeres de Zacatelco provocó un motín al grito de ¡Viva Isidro Ortíz!, cuando un grupo de funcionarios trataban de embargar la propiedad de un lugareño por no haber pagado el predial. Otro motín parecido fue escenificado en 1909 en la misma población, cuando a otro vecino de Zacatelco le embargaron una yegua y 10 cargas de maíz por no haber cubierto el adeudo acumulado por el impuesto predial.
Otro fenómeno interesante se da con el fraccionamiento de las haciendas en quiebra y la formación de sociedades agrícolas, lo que ocasionó que se incrementara el número de pequeños y medianos propietarios. En Zacatelco hacia 1873, un total de 90 vecinos del pueblo de Santa Inés Zacatelco y Santa Catarina Ayometla compran el rancho San Lorenzo Briones por la cantidad de $9 500. Otra de las propiedades compradas por los vecinos de Santa Inés fue la Talipanchilla, de la cual eran dueños 600 pobladores y tenía un valor de $311 328, para poderla comprar 18 socios tuvieron que pedir prestados en 1894 $3 600, al Ayuntamiento de Zacatelco.
En Zacatelco convivirían dos diferentes corrientes ideológicas. Entre los integrantes más destacados del club antirreeleccionista en Zacatelco encontramos a Isidro Ortíz, Pedro y Pomposo Morales, Francisco Cortés, Cecilio Vázquez Cisneros e Hilarión y Arturo Serrano. También existió el club Justicia Progreso y Libertad, que era una organización política instalada en Zacatelco hacia el año de 1910. En contraposición se encontraba el club Zaragoza, el cual se estableció en 1908 con la finalidad de apoyar al gobernador Próspero Cahuantzi a reelegirse. La mesa directiva estaba conformada por José N. Olivares, presidente; José de J. Barbosa, vicepresidente; Jesús Hernández, Secretario; Severo Castro, prosecretario; Miguel Sánchez, tesorero y Lorenzo Barbosa, Atilio Aguilar, Trinidad Carreto, Luis Corte y Constantino Cruz, vocales.
La Revolución Mexicana.- Ante el fraude electoral de junio y julio de 1910, hubo manifestaciones de protesta en los municipios de Amaxac, Españita, El Carmen Tequexquitla, Ixtacuixtla, San Pablo del Monte, Tenancingo, Xicohténcatl y por supuesto en Zacatelco, las que duraron meses después de las elecciones, y que se tradujeron en motines y levantamientos, por lo que tuvieron que intervenir las fuerzas armadas de la entidad.
A pesar del fracaso del 27 de mayo de 1910, Juan Cuamatzi volvió a reorganizar a su gente para levantarse en armas el 20 de noviembre, tal como le había convocado Aquiles Serdán. Pero, con la muerte de éste, Cuamatzi se levanta en armas el 18 de noviembre, y ya para el 24 de febrero de 1911, tenía su campamento establecido en el rancho Xaltelulco, incursionando en las regiones de Panzacola y Zacatelco. Su actuación sería breve, pero fue la llama que encendió la madera tlaxcalteca de la revolución. Al problema de las huelgas de los peones, se les agregaría el de los asaltos a las haciendas y pueblos, como el ocurrido a Zacatelco, el 17 de enero de 1912. Cuando al grito de ¡Viva Zapata¡ los bandoleros saquearon e incendiaron el pueblo y después de dejarlo en ruinas y despojar a los habitantes de lo que tenían, se dirigieron hacia las haciendas del valle de Nativitas.
El grupo ex-maderista formado en Zacatelco concentró sus esfuerzos en una lucha agraria, que lo acercó al movimiento zapatista. Combatieron a Madero por su tibieza, pero a su muerte, no combatieron la usurpación de Huerta. En octubre de 1913 se reúnen con los demás grupos para formar el Ejército Constitucionalista Tlaxcalteca y un gobierno revolucionario.
El 15 de julio de 1914, se derrota a Huerta y se entregan las plazas tlaxcaltecas a los constitucionalistas. En esa misma fecha el jefe político de Zacatelco comunicó al gobernador Cuéllar que toda la región sur estaba invadida por los constitucionalistas.
Arenas toma la ciudad de Tlaxcala. Ante la advertencia de hacer lo mismo con Chiautempan, Máximo Rojas movilizó su guarnición encargándose de todo el frente que daba a La Malintzin, desde la salida a Zacatelco hasta Santa Cruz. El coronel Tepatl cubrió el frente de Apetatitlán e Ixtulco; Carlos Fernández Lara desde Ocotlán hasta la loma de Metepec y Acuitlapilco; Alonso G. Salas se quedó de reserva en la plaza.
En Zacatelco Romualdo Sánchez, entablaría un combate contra los arenistas, en donde resultó herido de un brazo y por la hemorragia en pocas horas murió.
El 21 de mayo de 1915, se formó el primer comité Agrario de Zacatelco, por iniciativa de Domingo Arenas.
El 5 de junio lo atacó una numerosa fuerza de caballería e infantería y al día siguiente, cuatro trenes se acercaron amenazadoramente, pero finalmente logró rechazarlos. Los carrancistas querían eliminar a Domingo Arenas, reclutando cerca de 5 000 elementos de infantería y 900 de caballería, transportándolos en 9 trenes hacia Zacatelco para sitiar a Domingo Arenas.
Época Contemporánea.- El 18 de enero, el general Oscar Aguilar regresaba a la capital del estado, procedente de Zacatelco; en donde desarmó a un grupo que se había levantado en armas con la finalidad de impedir que Ignacio Mendoza asumiera la gubernatura del estado. El general Aguilar pudo decomisar 56 armas de fuego a los bandos políticos de Zacatelco; sin embargo varios de sus miembros eran del estado de Puebla. Para asegurar el orden de la región, se estableció en el pueblo de Zacatelco una guarnición federal de 40 hombres que evitaron hechos aún más graves a los ocurridos.
El 29 de agosto de 1945, se da a conocer la Ley Orgánica del Municipio en el estado de Tlaxcala, en donde se establece que el municipio libre es la base de la división territorial, reconociendo a 42 municipios como tal, entre ellos se encontraba Zacatelco.
En Zacatelco, se trata de avanzar en cuanto a educación y cultura se refiere. En marzo de 1955 se constituyó la primera Escuela Secundaria denominada "Secundaria del Magisterio Número 19 Mariano Matamoros", y en ese mismo año se publica la obra de Amado Morales Cordero titulada Geonimia tlaxcalteca, obra de consulta del idioma náhuatl.
El 5 de mayo de 1967 se inauguró el parque municipal de Zacatelco. En 1970 se inaugura el edificio del mercado municipal. El 2 de julio de 1971 Augusto Gómez Villanueva realizó una visita a la entidad, en donde concedió audiencia a varias comisiones de campesinos, entre ellos una de Zacatelco, para tratar asuntos relacionados sobre dotación de ejidos. El 10 de marzo de 1972, se instituyó en el barrio de Capula, en la escuela primaria "Domingo Arenas", el colegio de Ciencias y Humanidades (preparatoria), incorporado a la UNAM. Las inscripciones fueron convocadas por el entonces director Ing. Jorge Antonio Acevedo.
El 1 de junio de 1980, el Lic. José López Portillo, inaugura el centro turístico ejidal de Zacatelco.