Il ritrovamento di reperti nei pressi di Santa Giustina, induce a credere che l'area su cui sorge Cologna Veneta fosse abitata già alla fine del V millennio a.C.

Per la vicinanza di Este e alla luce della scoperta di una necropoli in località Baldarìa, sembra che la zona di Cologna Veneta sia stata abitata dagli Euganei nel 1000 a.C. e dai Veneti nei VII-IV a.C.

Nel I secolo a.C. con i romani, Cologna entrò a far parte dell'agro atestino di Este (Pd).
Resti della centuriazione sono rintracciabili nella campagna ad est del centro abitato.
L'insediamento conobbe un forte impulso a seguito della battaglia di Azio, nel 31 a.C., quando Augusto stanziò nel colognese un certo numero dei suoi veterani.

Dopo la conquista di Padova da parte del Regno longobardo nel 602 tutto il territorio colognese fu occupato dal Ducato di Vicenza.

Nel 1256 Cologna si ribellò al dominio di Ezzelino III da Romano.
La resistenza fu guidata da Jacopo Bonfado e terminò con la disfatta dei colognesi.
Nato a Cologna Veneta dall'influente famiglia guelfa dei Bonfado intorno al 1210, Jacopo ottenne con il tempo il controllo della guarnigione della propria cittadina.
Nel 1239 Cologna cadde nelle mani di Ezzelino III da Romano e Jacopo si adoperò negli anni successivi per coagulare intorno a sè il partito avverso ad Ezzelino e all'Impero Germanico.
Ottenuto l'appoggio del marchese di Ferrara Azzo VII d'Este e del legato pontificio di Alessandro IV, Jacopo si ribellò apertamente ad Ezzelino nel 1256, cacciando la guarnigione imperiale ed innalzando le insegne del marchese di Este.
Ezzelino, per tutta risposta, marciò contro Cologna alla testa di un'imponente armata.

Nel 1406 il doge di Venezia Michele Steno decretò l'aggregazione di Cologna al Sestiere Dorsoduro di Venezia, per porre fine alle sanguinose contese tra le Signorie locali.
Cologna rimase veneziana fino alla caduta della Serenissima (1797).

Nel 1882, dopo l'ennesima esondazione del fiume Guà, le autorità cittadine decisero di deviarne il corso.
I lavori ebbero termine nel 1904.
Nel corso degli scavi per lo spostamento dell'alveo, fu rinvenuta, nella frazione di Baldaria, una cospicua collezione di materiali preistorici, che consentì la nascita del Museo civico archeologico di Cologna Veneta.

Nel 1925 fu inaugurata l'apertura del primo tronco della ferrovia Treviso-Ostiglia, che collegava Cologna a Legnago.
La stazione di Cologna Veneta rimase in funzione sino al 1967 per il servizio passeggeri e fino al 1987 per quello merci.