Industrien har traditionelt haft stor betydning for Køge Kommune, og selv om erhvervsvæksten de seneste årtier hovedsagelig har fundet sted inden for logistik, transport samt handel og service, udgjorde industrien i 2019 13,9 % af den samlede beskæftigelse. Det er en væsentlig større andel end for Region Sjælland som helhed og den næststørste andel i regionen, kun overgået af Kalundborg.
De tre største industrivirksomheder ligger i hvert sit hjørne af kommunen – William Cook Europe ApS i Bjæverskov, CP Kelco ApS i Lille Skensved og F. Junckers Industrier A/S i det gamle industriområde tæt på Køge Havn.
Cook-selskabet bruger i markedsføringen navnet Cook Medical og er kommunens største private arbejdsplads med ca. 800 ansatte (2020). Den amerikanskejede koncern, der arbejder globalt inden for fremstilling af medicinsk udstyr, etablerede sig i Danmark i 1969 og flyttede til Bjæverskov i 1978, hvor den gradvis er vokset og flere gange har udvidet fabriksarealet. Virksomheden fremstiller i Bjæverskov bl.a. stenter til hjerteoperationer.
CP Kelco ApS er også amerikansk ejet og var tidligere kendt som Københavns Pektinfabrik A/S. CP Kelco er verdens største pektinproducent med ca. 2.200 ansatte, heraf ca. 400 på fabrikken i Lille Skensved. Virksomheden blev grundlagt i 1938 på Frederiksberg af Karl Pedersen, der havde brug for pektin til sin produktion af marmelade. Pedersen udviklede en metode til at producere tørpektin, som siden er gået sin sejrsgang over hele verden. Forholdene på Frederiksberg blev i 1947 for små, og fabrikken flyttede til Lille Skensved. I 1968 blev virksomheden solgt, og efter flere handler blev den i år 2000 fusioneret med det amerikanske Kelco Company og blev til CP Kelco; CP står for Copenhagen Pectin. Pektinen fremstilles af citrusfrugter, der importeres fra Sydamerika.
F. Junckers Industrier har i mere end to generationer været en af Køges store arbejdspladser. Virksomheden blev grundlagt af Flemming Juncker i 1930 for at producere jernbanesveller. Affaldstræet fra denne produktion blev brugt til smørdritler og til de bøgeparketgulve, som endte med at blive virksomhedens fremtid. Ud over parketgulve produceres også vedligeholdelsesprodukter til gulvene som lak, træolie og rengøringsmidler. Virksomheden beskæftigede i 2020 ca. 335 medarbejdere i Køge og på egne salgskontorer i syv lande. Efter nogle kriseår blev virksomheden i 2004 solgt til kapitalselskabet Axcel, men siden 2018 har JFK Invest haft aktiemajoriteten. JFK står for Jysk-Fynsk Kapital og er ejet af en gruppe erhvervsfolk.
Sun Chemical A/S (frem til 1995 kendt som Kemisk Værk Køge A/S) ligger fortsat på en stor grund på Københavnsvej i det gamle industriområde lige nord for Køge. I begyndelsen af 1990’erne havde fabrikken i perioder op mod 500 medarbejdere, men er siden blevet indskrænket betydeligt. Produktionen af midler til insektbekæmpelse er indstillet, og efterspørgslen efter det andet hovedprodukt – ingredienser til tryksværte – har været faldende. Den store amerikanske Sun Chemical-koncern meddelte i 2020, at de overvejer at nedlægge fabrikken fra 2022. Der var i 2020 ca. 50 ansatte tilbage. Virksomheden var i mange år stærkt kritiseret for forurening af omgivelserne.
På Københavnsvej i Køge ligger også Novo Nordisk Pharmatech A/S, der i 2020 havde ca. 200 ansatte. Andre større industrivirksomheder i Køge Kommune er Dana Lim A/S, Fomaco A/S, der producerer fødevaremaskiner, emballagevirksomheden Smurfit Kappa Danmark A/S, Borup Kemi I/S og vindmøllevirksomheden Jupiter Bach A/S.