Denizli yöresinin tarihi, Anadolu 'daki en eski uygarlıklara kadar ulaşmaktadır. Kentin kuzeyindeki Beyce Sultan Höyüğü 'ndeki buluntular, Denizli 'nin yazılı tarih öncesini aydınlatmakta ve yerleşme tarihinin Katolik Dönemle başladığını Tunç Çağıyla sürdüğünü göstermektedir. Kuruluş yıllarında Hitit Devletinin etki alanında kalan kent, Batı Anadolu ve Ege ' de yaşanan siyasal olaylara paralel olarak sırasıyla Lidyalılar, Persler, Makedonyalılar, Romalılar ve Bizanslılar denetimine girmiştir. 1070 yılından itibaren 350 yıl süreyle Denizli Türklerle Bizanslılar arasında sık sık el değiştirmiş ve sonunda 1429 yılında kesin olarak Osmanlı topraklarına katılmıştır. Osmanlı Döneminde Aydın Eyaletine bağlı bir sancak olan Denizli 'de 1876 yılında belediye teşkilatı kurulmuştur. Cumhuriyet 'in ilanıyla birlikte Denizli 'nin yönetim biçimi de il merkezi olarak değişmiştir.

Hierapolis ve Laodikya antik kentleri Karahayıt yerleşimine yalnızca bir kaç km. mesafede kurulmuşlardır. Romalılar 'la III. Antiokhos arasında M.Ö. 190 yılında yapılan savaştan önce Hierapolis 'in bulunduğu yerde herhangi bir yerleşme merkezi mevcut değildi. Ancak bugün de akmakta olan termal su kaynağının yanında "Hieron" adı ile anılan kutsal bir tapınak vardır. Anadolu halkı, Hitit ve Frigyalılar döneminde su kaynaklarının bulundukları yerde tapınaklar inşa ederler ve bu olağan üstü tabiat olayına taparlardı. M.Ö. III. yy. da (261-253) bu su kaynağının 8 km. ötesinde Selevkid ailesinden Antiokhos II. Teos tarafından yeni bir şehir kurulmuştu. Bu şehir, sonradan bir dokumacılık ve ticaret merkezi, Hıristiyanlık devrinde Batı Anadolu 'da kurulan 7 kiliseden birinin merkezi olacak olan "Laodikya" dır. Termal kaynağın bulunduğu yerde inşa edilen küçük tapınak "Hieron" belki de başlangıç yıllarında Laodikya 'nın ibadet yeri olmuştu. Sonradan inşa edilecek ve gelişecek Hierapolis 'inde çekirdeğini teşkil etmiştir. Hierapolis termal yerleşmesinin arkeoloji literatüründe "Hall City" (Kutsal Kent) olarak adlandırılması kentte bilinen tapınak ve diğer dinsel bir çok yapının varlığından kaynaklanmaktadır. Kentin kuruluşu, İÖ 2000 yıllarına kadar gider. Kentin hangi eski coğrafi bölgede yer aldığı zaman zaman tartışılmıştır. Paulus, kentin Frigya yakınında, güneybatısında Karia sınırına yakın ve Colossae kentinin kuzeybatısında olduğunu söylemektedir. Strabon ve Ptolemaus 'a göre, Hierapolis Karia bölgesine sınır olan Laodikya ve Tripolis kentlerine yakın olduğu için bir Frigya kentidir.

Çürüksu Vadisi 'nin kuzeyinde vadiye hakim yüksek bir düzlükte kurulan ve Pamukkale travertenleri ile ilginç bir armoni içinde bulunan Hierapoşis şehri MS 1354 'de meydana gelen büyük bir deprem ile bir taş yığını haline gelmiştir. Yüzyıllar boyu suların istilasına uğrayan ve kalın bir traverten tabakası ile gömülen harabeler ilk defa 1887 yılında Berlin Üniversitesi 'nden Prof. Humann 'ın başkanlığındaki heyet tarafından gün ışığına çıkarılmak istenmiş, ancak yapılan çalışmalar, araştırma ve sondajdan öteye gidememiştir. 1957 yılından itibaren Prof. Paolo Verzane başkanlığında çalışmalara başlayan İtalyan kazı heyeti ise çok başarılı çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalar kazı ve restorasyon şeklinde hassasiyet ve dikkatle günümüze kadar sürdürülmüştir. Söz konusu olan 1° Arkeolojik Sit alanı olarak tanımlı olup sınırı Karahayıt İmar Planı ile çakışmaktadır.

Karahayıt yerleşiminin tarihine ilişkin bulunan veriler oldukça kısıtlıdır. Turizm Bakanlığı Fiziksel Planlama Grup Başkanlığı 'nca 1985 yılında hazırlanan Karahayıt Uygulama İmar Planı Plan Açıklama Raporunda kasaba halkıyla yapılan görüşmelere dayanılarak yerleşmenin 200 - 300 yıl önce kurulmuş olabileceği, ancak kesin bilgi bulunmadığı belirtilirken yerleşmenin mekansal konumunda değişiklik olmadığı ileri sürülmektedir. Hayıt kelimesi kelime anlamı olarak ağaç anlamına gelmekte ise de yörede Karaağaç varlığı bugün için yaygın olarak görülmemektedir.

Yerleşim Pamukkale 'den gelen yolun iki yanında uzanan lineer bir gelişim göstermektedir. Kasabanın kuzey ucunda ikiye ayrılan yol, güneybatı uzanımında plato üzerinden Akköy ilçesine bağlanırken, kuzeydoğu uzanımında köylere gitmektedir.

1965 yılında 345 nüfuslu bir köy olan yerleşim, 1970 'li yıllarda kasana içerisinden geçen ana yolun (bugünkü çarşı caddesi) her iki tarafında pansiyonculukla başlayan gelişimini, 1980 'li yıllarda turizmdeki teşvikler nedeniyle yerleşimin termal kaynaklarının cazibesiyle turizm işletme belgeli otellerin yerleşimde yer seçmesiyle hızlanmıştır. Turizm Bakanlığı 'nca hazırlanan uygulama imar planı raporunda 1985 yılı için yerleşimdeki pansiyon sayısı 10, turizm işletme belgeli otel sayısı ise 1 olarak belirtilmiştir. Bugün için ise yerleşimin nüfusu 3200 'ü aşmış olup pansiyon sayısı 85 'e turizm işletme belgeli otel sayısı ise 11 'e ulaşmıştır.