Tagadējās Saratovas vietā kopš seniem laikiem bijušas apdzīvotās vietas, zināmākā no tām — Zelta Ordas laikmeta Uveka, kas pastāvēja no 13. gadsimta vidus līdz 1395. gadam. 1590. gadā Volgas kreisajā krastā pēc Borisa Godunova rīkojuma dibina cietoksni, pie kura izaug pilsēta. 1674. gadā apmetni pārceļ upes labajā krastā. No 1797. gada — Saratovas guberņas centrs. No 18. gadsimta vidus Saratova kļūst par lielu upes ostu. Galvenā tirdzniecība norit ar sāli un zivīm, bet 19. gadsimtā — ar labību.
Otrā pasaules kara sākumā no Saratovas uz Kazahstānu un Sibīriju tika izvesti visi pilsētas vācu iedzīvotāji. Līdz 1992. gadam Saratova bija «slēgtā pilsēta» (pilsēta, kurā nebija atļauts brīvi ierasties), jo šeit atrodas lielas militārās rūpnīcas.