Kirke Hvalsø var oprindelig en landsby med kirke fra 1100-tallet. Den blev udskiftet i 1793 og fungerede fra sidste halvdel af 1800-tallet som et egnscentrum. I 1871 blev der oprettet et apotek. Nordvestbanen Roskilde-Kalundborg blev ført gennem området i 1874, og stationen, som er tegnet af N.P. Holsøe, blev anlagt lidt nord for kirken og landsbyens gårde. En stationsby voksede hurtigt frem og fik fra 1875 til 1915 typiske kernefunktioner såsom hotel og kro, forretninger, brødfabrik, bageri, brugsforening, bank, værksteder og telefoncentral. I 1889 åbnede Andelsmejeriet Sølyst. Efterhånden kom andre byfunktioner til, fx missionshus, fattighus og landbetjent. Hvalsø Skole indviedes i 1888, og i 1903 åbnede Hvalsø Privat- og Realskole.
I 1920’erne havde Kirke Hvalsø fået flere små virksomheder med produktion af bl.a. cementvarer, konserves, rammer og sæbe, og der var opstået egentlige villakvarterer nord for stationsbygningen. Indbyggertallet lå i 1921 på 676; dette tal var i 1950 vokset til 1.077. Med anlæggelsen af jernbanelinjen Midtbanen på Sjælland i 1925 mod Ringsted og Næstved samt i 1928 mod Frederikssund blev Kirke Hvalsø et infrastrukturelt knudepunkt. Strækningen nedlagdes dog allerede i 1936 og fik kun begrænset betydning for byens udvikling. Hvalsø Savværk blev dog grundlagt i 1935 ved Midtbanelinjen. I 1951 åbnede et alderdomshjem. Sidst i 1950’erne satte en kraftig befolkningsudvikling ind med store samlede parcelhusudstykninger, og byen voksede med et varieret udbud af offentlige og private service-, handels- og kulturtilbud. Hvalsø Biograf med skydebane i kælderen blev opført i 1942.
I forbindelse med Kommunalreformen i 1970 blev Kirke Hvalsø administrativt center i den nyoprettede Hvalsø Kommune. Indbyggertallet steg fortsat; i 1970 var der 1.830 indbyggere, i 2006 lå tallet på 3.742.
