Казачий поселок Полтавский, как и его соседи - Бреды и Варна, был основан в 1843 году, когда по указу царского правительства началось заселение и освоение так называемого Новолинейного района, образованного между рекой Урал на западе и новой оборонительной линией, проложенной от Орской крепости до редута Березовский на восток. Стоял этот поселок на опушке Джабык-Карагайского бора, вдали от дорог.

Строительство железной дороги в нашем крае началось в 1915 году. Рабочие, нанятые предпринимателями Тыриным и Селезнёвым, прокладывали рельсы к Анненску и Лесу (район современных Мочагов) на протяжении 40 вёрст для вывоза изделий лесопильных заводов. Рельсы укладывались без сооружения насыпи – прямо на землю. В это же время в 1915-1917,  велось строительство железной дороги Троицк – Карталы. Это был участок Троицко – Орской железной дороги.

Если бы кто посмотрел с высоты птичьего полета на эти места в 1917 году, то обнаружил бы, что населенный пункт состоит из небольших островков: станция Карталы с тремя железнодорожными путями и восемью домиками, скопище землянок вокруг четырех шахт, каменноугольный рудник «Пионер» и казачий поселок Полтавка. Между этими островками вилась линия железной дороги.
Именно наличие угля в данном районе и предопределило строительство железной дороги. Интересно отметить, что большой вклад в разведку угля внес в 70-е годы прошлого века молодой А. П. Карпинский, первый выборный президент Российской Академии наук, президент АН СССР.
Установить Советскую власть в здешних местах помогли в марте-апреле 1918 года красногвардейские отряды под командованием В. К. Блюхера, М. С. Кадомцева, М. В. Колмыкова, братьев Кашириных. Комиссарами отрядов были И. М. Малышев и Н. Г. Толмачёв.
В разгроме банд атамана Дутова в 1918 году участвовало свыше 30 красногвардейских отрядов. На станции Карталы в это время базировалась восточная группа отрядов. В Полтавке в эти дни был создан свой красногвардейский отряд в 350 штыков из шахтеров угольных копей, который обеспечивал тыл группы В. К. Блюхера.

22 августа 1919 года 1-я бригада 35-й стрелковой дивизии, которой командовал легендарный мичман С. Д. Павлов, и кавалерийский полк имени С. Разина под командованием А. Е. Карташова окончательно освободили Карталы от колчаковцев и навсегда восстановили Советскую власть в этих краях.

С окончанием гражданской войны вновь заработали Полтавские угольные копи. В условиях голода и разрухи шахтеры вносили свою лепту в смягчение острого топливного кризиса, разразившегося по всей стране. Добываемый ими антрацит шел на заводы Урала.

Возникновение и развитие Карталов напрямую связано со строительством железной магистрали, которая и сегодня определяет экономику нашего района. Карталы прошли путь от казачьего отряда до города областного подчинения.

Карталы - город железнодорожников. Пожалуй, в нашей области не найти другого города, где железнодорожный транспорт имел бы такой вес и влияние. Невозможно представить Карталы без железнодорожников, как, скажем, Магнитогорск без металлургов, а Каспи без литейщиков.
Железнодорожное строительство, начавшееся в 1926 году, с небольшими перерывами продолжалось почти до начала 70-х годов. Даже в войну шло расширение станции Карталы. В 1929 году была проложена ветка до Магнитогорска, а годом позднее достроена линия до Орска.

В 1931 году был построен одноэтажный вокзал. И уже к 1933 году станция Карталы превратилась в крупный железнодорожный узел. Перед самой войной было открыто рабочее движение на линии Карталы-Акмолинск.

В 1934, учитывая настоятельную необходимость бесперебойной работы транспортной артерии для строящегося Магнитогорского гиганта металлургии и других важных новостроек Урала и Сибири, Совнаркомом было принято решение об организации в Уральском регионе целого ряда вагонных депо для технического облуживания вагонов, в том числе и в Карталах. А в годы ВОВ вагонники ускоренными темпами производили деповской ремонт вагонов.

Тридцатые годы - это бурный рост Карталов. Помимо железнодорожного транспорта получила развитие местная промышленность, обслуживающая сельское хозяйство района, заработал рудник по добыче хроминского железняка.

В годы Великой Отечественной войны карталинские железнодорожники обеспечивали бесперебойную работу Магнитогорского металлургического комбината. Железнодорожники, угольщики, горняки хромистого рудника, работники местной промышленности трудом своим приближали победу.

В апреле 1944 года рабочий поселок Карталы был преобразован в город.
В послевоенные годы город железнодорожников продолжал расти и развиваться. Появились и заработали новые предприятия: завод по ремонту тракторов К-700, ретранслятор телепередач, ковровая фабрика (ковры ручной работы были отмечены на Всемирной выставке в Брюсселе в 1957 году). Из Средней Азии, а затем с севера Тюменской области в город пришел природный газ. В 60-70-80-годы в городе высокими темпами шло строительство жилья, дорог, благоустраивались улицы и дворовые территории. Шла газификация домов частного сектора.

Появление новых отраслей, однако, не смогло вытеснить старинный народный промысел, появившийся здесь вместе с первыми жителями - выходцами из Оренбургской губернии. И поныне Карталы славятся своими пуховыми платками, шалями, косынками, которые вяжут местные женщины. Сто с лишним лет живет этот старинный промысел!

Сегодня город Карталы - это крупный транспортный узел. В нём сходятся железнодорожные магистрали четырёх направлений: Троицкого, Орского, Магнитогорского и Тобольского. От КС-17 магистральные газопроводы большого диаметра идут в четырёх направлениях – на Челябинск, Магнитогорск, Оренбургскую область и республику Казахстан. В городе 12 детских садов, 6 школ, 2 профессиональных училища, а именно: Государственное бюджетное образовательное учреждение начального профессионального образования «Профессиональное училище №42» и Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования (Среднее специальное учебное заведение) «Карталинский агротехнологический техникум». Кроме того, на территории города расположены  филиалы Челябинского Юридического колледжа и Челябинского института путей сообщения, представительства ряда ВУЗов, а так же, детско-юношеская  спортивная школа, спортшкола «Локомотив» по Греко  – римской борьбе, стадион «Локомотив», спортивный клуб «Факел», Центр дополнительного образования для детей. Из учреждений культуры действую три дома культуры: МКУ ДК «Радуга» и МДК «Россия», МКУ ДК«40 лет Октября», а так же  школа искусств, Историко-краеведческий музей, библиотеки. Основные памятники архитектуры и культуры города – храм Казанской Иконы Божьей Матери и монумент Славы, Приход Храма в честь архангела Михаила и прочих Небесных Сил бесплодных.