Gørlev var oprindelig en landsby med kirke fra middelalderen. I 1890’erne fandtes bl.a. bageri, købmandshandel, maskinfabrik og andelsmejeri. Efter anlæggelsen af Gørlev Station øst for byen i 1898 på jernbanen Slagelse-Værslev forandrede Gørlev sig med nyopførte bygninger og opbrydning af landsbyens bondegårdsmiljø. Der opførtes et hotel samt i 1898 en valgmenighedskirke. I 1911 stiftede en kreds af landmænd Sukkerfabrikken Vestsjælland A/S (fra 1934: Gørlev Sukkerfabrik), der i 1912 opførte en fabrik tæt på Gørlev Station.
I 1921 boede der 1.098 personer i Gørlev; indbyggertallet var i 1950 vokset til 1.402. I løbet af 1900-tallet var den dominerende industri sukkerfabrikken. I 1950’erne var fabrikken landets største, med ca. 4.500 roedyrkere fra Sjælland og Jylland tilknyttet. Af anden industri kan nævnes Gørlev Jernstøberi og Maskinfabrik samt en cementvarefabrik.
I forbindelse med Kommunalreformen i 1970 blev Gørlev administrativt center i den nydannede Gørlev Kommune. I 1970 var indbyggertallet 1.542, og det steg kun langsomt til 2.406 i 2006. Gørlev Station blev nedlagt i 1971 med banens nedlæggelse. Byens bebyggelse strakte sig i perioden langt mod nord og syd med opførelsen af parcelhus- og rækkehuskvarterer. I 1986 oprettedes Gørlev Idrætsefterskole. Gørlev Sukkerfabrik blev lukket i år 2000.
