Historisch war Darmstadt Landeshaupt- und Residenzstadt der Landgrafschaft, des Großherzogtums und des Volksstaats Hessen. Der Ruf als „Zentrum des Jugendstils“ geht unmittelbar auf die 1899 von Großherzog Ernst Ludwig eingerichtete Künstlerkolonie auf der Mathildenhöhe zurück, welche seit 2021 UNESCO-Weltkulturerbe ist. Nach dem Luftangriff während des Zweiten Weltkriegs war ein Großteil der Alt- und Innenstadt zerstört. Seit der Nachkriegszeit profiliert sich Darmstadt als Wissenschaftsstadt, ein Titel, der 1997 vom Hessischen Innenministerium verliehen wurde. In der Stadt befinden sich eine Reihe von Hochschulen und Forschungseinrichtungen, wie die 1877 gegründete Technische Universität, die Hochschule Darmstadt, die Evangelische Hochschule und die Wilhelm Büchner Hochschule mit insgesamt circa 50.000 Studierenden. Zu den über 30 weiteren Forschungseinrichtungen gehören das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, das Europäische Raumflugkontrollzentrum (ESA/ESOC), die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) und drei Institute der Fraunhofer-Gesellschaft.

Die Kernbranchen des Darmstädter Wirtschaftslebens sind: der IT-Sektor, Chemie/Pharma, Maschinenbau/Mechatronik, Haarkosmetik sowie die Weltraum- und Satellitentechnik. Ihre Technologie- und Forschungsorientierung charakterisiert die Wirtschaft der Stadt. Die Nähe zu den zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsinstituten ist ein zentraler Standortfaktor, neben der Nähe zum Weltflughafen Frankfurt. Insgesamt gibt es in Darmstadt fast 130.000 Arbeitsplätze, von denen 80.000 bis 100.000 Einpendler sind.

Das größte Unternehmen der Stadt ist der Chemie- und Pharmakonzern Merck mit mehr als 53.000 Beschäftigten weltweit, davon etwa 10.000 Arbeitnehmer und über 500 Auszubildende am Stammsitz in Darmstadt. Die Merck KGaA ist das älteste chemisch-pharmazeutische Unternehmen der Welt. Weitere bedeutende Industrieunternehmen sind die Röhm GmbH (Teil der Degussa GmbH bzw. jetzt Evonik Industries), Carl Schenck AG, Wella (heute Teil des Coty-Konzerns), Döhler GmbH und die Goldwell GmbH (Teil der KAO Corporation, Tokio, Japan). Alle diese Firmen haben in Darmstadt ausgeprägte Forschungs- oder Entwicklungsabteilungen. Eine eigene Erfolgsgeschichte schrieb die Software AG, welche 1969 mit Sitz in Darmstadt gegründet wurde und inzwischen nach der SAP AG das zweitgrößte deutsche Software-Unternehmen ist.

Auf dem Gelände des ehemaligen Fernmeldetechnischen Zentralamtes (FTZ) „Am Kavalleriesand“ sind heute mehrere Unternehmensteile der Deutschen Telekom angesiedelt. Hier ist ein großer Gebäudekomplex der T-Systems entstanden, und 2005 wurde der Firmensitz von T-Online nach Darmstadt verlegt und 2006 die Tochtergesellschaft T-Online International AG wieder in den Mutterkonzern Deutsche Telekom integriert. 2015 gliederte die Telekom den Unternehmensbereich aus und veräußerte ihn 2016 an den Außenvermarkter Ströer. In der Folge wurden das Management nach Frankfurt und die Redaktion nach Berlin verlegt, über 100 Beschäftigte verloren am Standort Darmstadt ihren Job. Die Telekom und ihre Tochtergesellschaften sind zweitgrößter Arbeitgeber in der Stadt.

Die Deutsche Post AG unterhält in Darmstadt ihr TrustCenter, zuständig für die Elektronische Signatur, sowie das Briefzentrum 64. Die HEAG AG ist bekannt als das lokale Verkehrsunternehmen (Straßenbahnen und Busse der HEAG mobilo GmbH) und als regionaler Südhessischer Energieversorger (Elektrizität, Wasser und Gas der ENTEGA AG). Die Wissenschaftliche Buchgesellschaft ist ein Verlag mit Sitz in Darmstadt. Der TÜV Hessen hat seine Zentrale im Stadtteil Bessungen. Darmstadt besitzt ein leistungsstarkes Müllheizkraftwerk sowie ein Gasturbinenkraftwerk.

In Darmstadt sind drei Brauereien ansässig; die Ratskeller Hausbrauerei (seit 1989), die Brauerei Grohe (seit 1838) und die Darmstädter Privatbrauerei (seit 1847). Der Ratskeller ist hierbei die einzige Hausbrauerei, deren Bier man ausschließlich vor Ort konsumieren und kaufen kann. Die Brauerei Grohe ist traditioneller und vertreibt ihr Bier auch in ausgewählten Getränkemärkten. Die wirtschaftlich erfolgreichste Brauerei ist jedoch die Darmstädter Privatbrauerei, deren Bier regional bezogen werden kann.

Europas größter IT-Vermieter Xchange Technology GmbH hat seit 1996 seinen Deutschlandsitz und die europäische Logistikzentrale in Darmstadt-Arheilgen. Ein weiteres Unternehmen der Pharmabranche ist die Steigerwald Arzneimittelwerk GmbH. Darmstadt ist Sitz der Volksbank Darmstadt-Südhessen eG sowie der Sparkasse Darmstadt.

Das Technologie- und Innovationszentrum Darmstadt (oder TIZ Darmstadt) ist ein Gründerzentrum im Darmstädter Europaviertel, 111 Firmen haben dort momentan einen Sitz. Dazu gehört auch die cesah GmbH – „Centrum für Satellitennavigation Hessen“ mit über 30 Startups. Im Jahr 1998 haben sich die Stadt Darmstadt, die Technische Universität Darmstadt, die Industrie- und Handelskammer und die Sparkasse Darmstadt zur Innovationsgesellschaft Darmstadt mbH zusammengeschlossen. Nach Umwandlung im Jahr 2009 ist die Technische Universität Darmstadt seit Anfang 2012 die alleinige Gesellschafterin der TIZ Darmstadt GmbH.

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