Местность, где ныне находится Певек, издавна привлекала внимание не только коренных жителей, но и русских мореплавателей и землепроходцев. О мысе Шелагском, расположенном напротив Певека, выдающемся в море на 9 км и омываемом водами Восточно-Сибирского моря, писали участники 2-ой Камчатской экспедиции 1733 года. Побывал в этих краях и пропал без вести в 1764 году землепроходец и купец Никита Шалауров, который впервые исследовал и описал Чаунскую губу. В дневниках доктора К.Мерка, участника Северо-восточной географической экспедиции (1785—1793 гг.), организованной по указу Екатерины II для исследования внутренних районов Северо-Восточной Азии под руководством состоящего на русской службе англичанина И.Биллингса, также есть упоминания о мысе Шелагском.
В 1926 году писатель Тихон Семушкин, побывав в этих местах, обнаружил только землянку охотника и ярангу. Но уже в начале 1930-х годов Певек становится одним из важных форпостов на трассе Северного морского пути благодаря Чаунской губе — естественной гавани. Строительство причалов будущего морского порта началось в 1942 году.
В июле 1933 года в составе Чукотского национального округа был создан Чаунский район, центром которого и стал населенный пункт Певек, где была организована культбаза со школой и медицинским пунктом. В 1949 году Певек был отнесён к категории рабочих поселков, а в 1967 году — преобразован в город районного подчинения.
Вся дальнейшая биография города связана с освоением богатых недр Чаун-Чукотки. С начала 1930-х годов в районе проводятся геологические экспедиции, открывшие в 1936 году богатое россыпное месторождение олова, в 1948 — урана, в 1950 — золота, в 1951 — ртути.
С начала освоения месторождений Чаунский район постоянно нуждался в электроэнергии. В 1942 году в Певеке была построена Чаунская дизельная электростанция, в 1949 году заработала её тепловая часть, в 1965 году была проведена высоковольтная линия электропередачи (ЛЭП) Певек — Билибино. В 2019 году для замещения вырабатывающих свои генерирующие мощности Чаунской ТЭЦ и Билибинской АЭС в акватории Чаунской губы была размещена первая в мире уникальная не имеющая аналогов плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) «Академик Ломоносов».
С 1943 года в Певеке появляются первые двухэтажные здания. Посёлку становится тесно на природной косе, он растет на восток. К началу 1960-х годов это подлинный промышленный центр Чукотки. Здесь развиваются строительная и транспортная базы, связь, наращивает мощности портовое хозяйство. К 1967 году в Певеке проживает уже свыше 10 тыс. человек. В октябре 1974 года завершается строительство телевизионного комплекса «Орбита-2».
В эти годы жизнь в Певеке била ключом. Здесь работали блестящие геологи – Николай Чемоданов, Василий Китаев, геофизик, путешественник и писатель Олег Куваев и многие другие интереснейшие люди.
В середине 1970-х годов Певек вошёл в число 100 лучших городов Советского Союза. К началу 1980-х годов его население увеличилось до 13 тыс. человек для которых были построены два больших микрорайона.
Сегодня Певек по-прежнему играет важную роль в промышленном освоении недр региона и является важнейшим пунктом Севморпути, который в настоящее время наряду с портами Мурманска и Диксона отнесен к наиболее значимым, занимающим стратегическое положение в восточном секторе Арктики за Полярным кругом. В соответствии с комплексным планом развития города производятся различные виды работ по его благоустройству, обновлению дорожной, инженерной, транспортной, социокультурной инфраструктуры.
Очень часто Певек называют городом романтиков из-за множества геологов, живших и работавших здесь, а их труд всегда связан с романтикой. Здесь многие улицы носят имена этих геологов — первооткрывателей чаунского олова и золота — улица Обручева, Чемоданова, Куваева.