Piteå stadsförsamling bröts ur Piteå församling 1686. Piteå församling ändrade samtidigt namn till Piteå landsförsamling.

Piteå stadsförsamling ingick i gemensamt pastorat med Piteå landsförsamling (moderförsamling) 1686-1901. Åren 1809-1894 ingick även Älvsby församling i pastoratet.

Den 1 maj 1901 bildade stadsförsamlingen eget pastorat.

1940 överfördes vissa mindre områden mellan Piteå landsförsamling och Piteå stadsförsamling.

Piteå stad grundades den 12 maj 1621 i omedelbar närhet av Piteå sockenkyrka i Öjebyn. Staden nedbrann till grunden år 1666. Sedan ett beslut att anlägga en ny köpstad för Piteå, Skellefteå och Burträsks socknar (med namnet Hedvigstad) i Storkåge inte förverkligades, byggdes den nya staden Piteå på Häggholmen cirka halv mil från sockenkyrkan enligt Kungl. Maj:ts resolution den 1 oktober 1668.