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. 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.

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).