Близько 6 тисяч років тому біля сіл Володимирівка та Небелівка розташовувалися поселення-гіганти трипільської культури. Величні поселення складалися з одно- та двоповерхових будинків, загальна кількість сягала сотень будівель. Розміщувалися будинки концентричними колами, утворюючи в центрі великий майдан. Дивної краси орнаменти вкривали вироби трипільців – біконічні посудини, піфоси для зберігання зерна, фігурки людей та тварин, різноманітний посуд. Символи на виробах Трипілля представлені безконечниками, деревом життя, різноманітною свастикою, хрестами. Дослідження науковців дозволили прийти до висновку, що вони були у той час найбільшими на теренах сучасної України та Європи в цілому. Про їх велике значення говорить той факт, що на поселенні Небелівка, починаючи з 2008 до 2015 року, працювала спільна Україно-Британська експедиція на чолі видатного знавця історії Трипілля Михайла Юрійовича Відейко та професора Даремського університету Великої Британії Джона Чапмена.

Таємниця зникнення цивілізації Трипілля така ж загадкова, як і її виникнення. Можливо, вона була підкорена кочовими племенами, які здавна населяли степові рівнини сучасної України. Останні залишили по собі величні насипи-кургани, на верхівці яких вони ставили кам’яні стели, які зображали людей. Ця традиція зберігалася досить довго - навіть у часи Київської Русі кочові племена, зокрема половці ставили на своїх могилах стели, які отримали назву «половецькі баби».

Відомий наш край і поселеннями черняхівської культури (ІІ-V ст. н.е.), давніх слов’ян (VІ-VІІІ ст. н.е.). У ранньослов’янський період тут існував ряд поселень, зокрема в VІ-VІІ ст. неподалік села Кам’янече існувало поселення слов’ян. На території сучасного Новоархангельська у часи Київської Русі містилися великі промислові металургійні центри, що виготовляли металеві вироби на експорт.

Таке розмаїття народів та племен пояснюється досить просто. Край мав прекрасні умови для життя – родючі ґрунти, значну кількість річок. Крім того в районі сучасного смт Новоархангельськ розміщувалася зручна переправа через річку Синюха. Нею часто користувалися кочові племена, які здійснювали походи на захід, через неї вони поверталися у рідні Причорноморські степи.

Співставлення даних, отриманих в результаті розкопок і писемних джерел дозволили українським науковцям, зокрема відомому досліднику історії українського середньовіччя Феліксу Шабульдо, локалізувати місце битви на Синіх Водах (1362 р.) неподалік села Торговиця. У цій битві спільне литовсько-українське військо на чолі Великого князя литовського Ольгерда розгромило трьох монгольських ханів – Кутлубаха, Качибея та Діміртея. Останні контролювали значну територію від Волги на сході та до Дунаю на заході. Перемога в цій славетній битві поклала початок визволення території України від монголо-татарського панування.

Подальша історія краю відома своїм козацьким минулим. У районі Новоархангельська та Торговиці існувала важлива переправа. За словами Гійома Левассера де Боплана, французького інженера, який будував фортеці для Речі Посполитої в ХVІІ ст., саме тут проходив значний торгівельний шлях, який з’єднував країни Західної та Північної Європи з морськими портами Криму і стародавнім Караванним шляхом, що був продовження Великого шовкового шляху в Північному Причорномор’ї. Цей же шлях використовували татари, які здійснювали свої грабіжницькі походи на Поділля, Волинь (трагічно відомий «Чорний шлях»). Тому, саме в Торговиці часто містилися війська запорожців на чолі легендарного кошового отамана Запорізької Січі Івана Сірка. Саме ж містечко довгий час було центром Торговицького козацького полку.

В 1764 році сербські полки і шанці були скасовані, так як вони не виправдали себе і Архангельський городок став посадом. Змінилася і назва населеного пункту на Новоархангельськ.

З 1784 року Новоархангельськ став центром однойменної волості Єлисаветградського повіту Херсонської губернії.

В 1792 році в Торговиці відбулася подія, яка вплинула на життя всієї Східної Європи. Польські магнати на чолі з К.Браницьким, В.Живудським, Щ.Потоцьким створили Торговицьку конфедерацію, яка підняла повстання проти польського короля. Керівництво повстанням здійснювалося з Москви, де за участі Катерини в 1791 році було розроблено його план. Результатом повстання став розвал Речі Посполитої та окупація Правобережної України російськими військами.

ХІХ ст. стало часом поступового розвитку краю. Новоархангельськ стає волосним центром Єлисаветградського уїзду Херсонської губернії. Після створення військових поселень, містечок в 1821 році ввійшло до складу "Південних військових поселень". На території селища розмістився 2-й Український Уланський полк (з 1830 року він отримав назв Новоархангельський уланський полк), починається розбудова військової інфраструктури - будуються військові казарми та госпіталь. Для дітей військових поселенців засновується школа трубачів та кантоністів.

3 1857 року, після скасування військових поселень, Новоархангельський посад стає цивільним поселенням. Після скасування в 1861 році кріпосницького права активно розвивається торгівля та ремесла. За відомостями перепису населення Російської імперії у 1883 році в Новоархангельську було 1026 господарств.

У часи Другої світової війни в районі урочища "Зелена Брама" поблизу села Підвисоке в оточення потрапило більше 129 тис. червоноармійців 6-ї та 12-ї радянських армій на чолі генералів П.Г. Понедєліна та І.М. Музиченка. З 1 по 7 серпня точилися запеклі бої, в яких зійшлися відбірні частини радянських (бійці-прикордонники, солдати гірсько-стрілецьких дивізій) та німецьких (гірські єгері, частини бригади СС "Адольф Гітлер", полк дивізії СС "Вікінг" - "Вестланд", танкісти одного з кращих німецьких танкових генералів – Евальда фон Кляйста) армій.

В урочищі "Зелена Брама" і досі знаходять сліди тієї війни. Пошукові команди ведуть активні роботи по підняттю останків воїнів червоноармійців. В Новоархангельському районі, на околиці села Торговиця, знаходиться меморіал в пам'ять прикордонників, загиблих під час подій серпня 1941 року. Тут з усіма військовими почестями проводять перезахоронення радянських воїнів, знайдених пошуковцями.

Тривала окупація закінчилася 14 березня 1944 року, коли частини 110-ї гвардійської стрілецької дивізії 2-го Українського фронту визволили Новоархангельськ від німецьких загарбників.

За період з 1952 по 1963 роки в Новоархангельську побудовано 7050 кв.м. житлової площі. В той період в населеному пункті був партком виробничого управління районний комітет комсомолу, виробниче колгоспно-радгоспне управління, виконком районної Ради і його відділи: районний відділ народної освіти, шляховий відділ, районний відділ соціального забезпечений, відділ культури, райфінвідділ, райвідділ міліції, загальний відділ,селищна рада, військкомісаріат, райбюро ЗАГС, райдержархів, комбінат побутового обслужування населення (організований в 1961 р.), комбінат комунальних підприємств, лікарня, дві аптеки, санстанція.

24 серпня 1991 року Україна стала незалежною і розпочалася новітня сторінка історії краю. У 2003 році було створено Новоархангельський районний краєзнавчий музей.