La construction du beffroi de Douai a été entreprise en 1380, sur l'emplacement d'une précédente tour en bois, afin de servir de tour de guet.
Un bâtiment également de style gothique fut érigé sur le côté ouest de la tour ainsi qu'une chapelle sur le flanc sud.

L'ensemble fut terminé en 1475 et un carillon fut installé dès 1391 dans le beffroi et rythme depuis la vie des Douaisiens.
Au xixe siècle, d'importants travaux de restauration furent entrepris et un nouveau bâtiment, identique à celui du xve siècle lui fut ajouté à l'est afin de donner à l'hôtel de ville son actuel aspect symétrique.

Ce nouvel édifice comporte notamment une salle des fête de style second empire.
À cette occasion, la structure du beffroi, initialement construit en grès des Flandres fut renforcée de l'intérieur par une forte épaisseur de briques et les édifices du xve siècle furent restaurés selon la mode du xixe siècle.

Les cloches furent fondues par l'occupant allemand en 1917, elles furent remplacées en 1924 par la société Wauthy de Douai, mais, en 1953, la ville, afin de lui donner un meilleur son, les remplaça par des cloches de la fonderie Paccard d'Annecy-le-Vieux et installa en 1954,
47 cloches qui complètent les deux plus grosses datant de 1471 (fonderie Moer), endommagées en 1917 mais restaurées par la maison Wauthy en 1924 :
« Joyeuse », un la de 5 500 kg et « La disnée », un do de 2 400 kg.

La plus lourde des cloches de 1954, « La Nouvelle Victoire », un ré, ne pèse que 1 600 kg.
Le carillon fut enfin complété en 1974, à l'occasion du congrès mondial des carillonneurs et comporte maintenant 62 cloches s'étendant sur cinq octaves.
Il est doté d'un mécanisme qui lui permet de sonner chaque quart d'heure une mélodie, mais possède aussi un clavier qui permet des concerts chaque samedi de 10h45 à 11h45 ainsi que chaque jour férié à 11h30 et les lundi soir à 21h en juillet et août.

Victor Hugo de passage à Douai en 1837 :
« Il y a là le plus joli beffroi que j'aie encore vu.
Figure-toi une tour gothique coiffée d'un toit d'ardoise, qui se compose d'une multitude de petites fenêtres coniques superposées ; sur chaque fenêtre une girouette, aux quatre coins, une tourelle ; sur la pointe du beffroi, un lion qui tourne avec un drapeau entre les pattes ; et de tout cet ensemble si amusant, si fou, si vivant, il sort un carillon.

Dans chaque petite lucarne, on voit se démener une petite cloche qui fait rage comme une langue dans une gueule.
J'ai dessiné cette tour, et quand je regarde mon dessin, il me semble encore entendre ce joyeux carillon qui s'en échappait comme la vapeur naturelle de cet amas de clochetons. »

Le dessin de Victor Hugo est conservé aujourd'hui dans son musée de la Place des Vosges à Paris.