Существует несколько версий о происхождении названия города. По версии из краеведческого очерка В. Грачёва и Н. Решетняка, Батайск получил своё название от речки Батайсу́, которая в свою очередь якобы переводится как ручей Батыя, ставка которого якобы располагалась в этих местах. При этом авторы не опубликовали своих источников. Однако П. Оноколов и другие краеведы не нашли никаких подтверждений нахождения ставки Батыя в этих местах, а также Оноколов обнаружил, что на карте 1747 года река уже называется Батай, а не Батайсу. По другой версии имя города происходит от слов ба тай су, что с тюркских языков означает «влажная низина с ручьём»

В течение XVIII века земли близ нынешнего Батайска несколько раз переходили от России к Турции и обратно, окончательно войдя в состав Российской Империи по итогам Русско-турецкой войны 1768—1774 годов, после чего на завоёванной территории была образована Азовская губерния. Однако заселение этих земель началось раньше: ещё в 1769 году крестьяне-великороссы перешли Дон и поселились на берегу реки Койсуг, основав Батайскую слободу. Примерно в это же время ниже по течению поселились запорожцы, основав Койсугскую слободу[6].

По другой версии, первыми жителями, по рассказам старожилов, были братья Сафоновы, Жикревецкие (по уличному Алиновы) и Гребенниковы-Ломовы (по уличному Аляны), которых выслали на Дон при Екатерине II. Селились они по берегу реки на возвышенном месте. Выкапывали большие ямы, надземную часть выкладывали из самана, который делали из глины, крыли камышом. После получения наделов под усадьбы (примерно по одному гектару на семью) строили дома из брёвен и досок. Материалы собирали в реке и на заливных лугах в половодье, разбирали брошенные баржи и баркасы. Из них делали каркас дома, обкладывали камышом и обмазывали глиной. После обивали досками с резьбой. Дворы поначалу обносили забором из камыша и леса высотой до двух метров, спасая домашних животных от диких зверей. Жикревецкие до сих пор живут на старом месте на улице Калинина (бывшей Иорданской). Раньше они держали в удобном месте реки, там, где сейчас улица Рыбная, лодки и баркасы, на них возили в Ростов и Азов шкуры диких и домашних животных, молоко, овощи, рыбу, которая ценилась очень высоко. Другим источником доходов первых селян были заливные луговые пастбища и плодородная земля, до появления села не тронутая ни сохой, ни плугом. С каждым годом росло стадо коров, батайское молоко продавалось в Ростове и Азове.

В 1782 году в России проводилась общая народная перепись населения. По её данным, в городской воинской однодворческой слободе Батайской в списки было внесено 324 постоянных оседлых душ мужского пола и 307 душ женского пола. Для сравнения: их можно было бы разместить в двух пятиэтажках[1]. В 1783 году, по сведениям госархива князя Потёмкина-Таврического, в селе Батайском было 102 двора, 780 жителей, под селением — 29 десятин земли, пашенной — 4143 десятины, сенных покосов — 18113 десятин, неудобных мест — 1389 десятин. Лесов, деревьев, кустарников нет. В селе стояла церковь деревянная Покрова Пресвятой Богородицы. Церковь, по мнению В. Скнарёва, находилась в конце улицы Михайловской (ныне Луначарского), однако здесь могла закрасться ошибка: позже на этом месте стояла Михайловская церковь
Конец XVIII — начало XIX веков стали периодом быстрого заселения и хозяйственного освоения Северного Кавказа. К середине XIX века Батайск был уже большим быстрорастущим селом. Историки утверждают, что именно в эти десятилетия по числу населения село Батайское перегнало многие уездные города центральной России[1].

В 1801 году оно представляло собой одну улицу, названную впоследствии Набережной (сейчас — Половинко), застроенную между нынешними улицами Калинина и Куйбышева. В центре села, где сейчас находятся переулки Короткий и Малый, был слободской центр. На нём к 1810 году построили деревянную Михайловскую церковь во имя святого Архистратига Михаила, а также здание сельского правления, расправу, арестантскую и, несколько позже, сельское прикладное училище[8]. Батайск разрастался на юг, в основном вдоль переулка Мостового (Куйбышева)[9]. Появились улицы Церковная (Ленинградская), Михайловская (Луначарского), переулок Иорданский, в просторечии Арданский (Калинина).

Первая от реки была улица Набережная (Половинко). Улицу Ленинградскую называли Атаманской[10]. На углу нынешних улиц Ленинградской и Московской жил скупщик скота Галкин, который закупал в сальских степях до 400 голов скота в год, доращивал их на заливных сочных лугах и продавал в Ростове[7]. Улицу Куйбышева называли Мостовой, это была главная улица Батайска. По Мостовой на Ростов с юга шли караваны обозов, гнали скот через несколько деревянных мостов в пойме. Она была одна из первых в селе выложена бутовым камнем, начиная от Конной (ныне М. Горького)[10]. Значительную её часть занимал глубокий овраг[7], который отчасти сохранился до строительства автомобильной развязки в XX в. Улицу Мира называли Колодезная. На ней от улицы Конной (М. Горького) до реки было два или три общественных колодца с пресной питьевой водой. Улица Энгельса называлась Кузнечной. Здесь находились частные кузницы, где можно было подковать лошадь, сделать железный обод на колесо, ось телеги и другие кузнечные изделия[10]. Например, там могли ковать домашнюю утварь и сельскохозяйственный инструмент: кочерги, ухваты, тяпки, серпы, косы и прочее[7]. Улица 50 лет Октября называлась Азовской, отсюда была одна из дорог на Азов. Здесь проживали зажиточные батайчане, было административное здание (ныне церковь), находились лавки купцов. Улица Фрунзе называлась Солдатской, поскольку по ней часто шли колонны солдат из Азова в Новочеркасск через переезд напротив нынешнего локомотивного депо. Садовая названа была в честь поповского сада, который был в районе железной дороги, и этот сад, по словам старожилов, положил начало садоводству у многих батайчан. Заводская названа из-за кирпичного завода, который в старину находился возле железной дороги, так как кирпич поставлялся на станционные постройки. Последней в селе была улица Конная (ныне М. Горького), названная так за частое движение повозок и карет в Азов и обратно. Улица Речная появилась (по данным Скнарёва, к концу XVIII века) на месте, где протекала небольшая речушка[10].

Село имело 830 дворов, или, как их тогда называли, усадеб. В селе насчитывалось 2835 мужчин и 2870 женщин. Существовали кирпичный завод, маслобойня, 53 ветряные мельницы[1]. Возле Мостовой был причал, отсюда на баркасах плавали к Дону. Перевозили живой скот, продукты питания, шерсть и прочие грузы. Где-то на берегу реки Койсуг находилась фабрика Дмитрия Змеева, на которой вольнонаёмные люди изготавливали чулки и перчатки[7].

В 1856 году Батайск был центром одноимённой волости, в которую входили слобода Койсуг, хутора Кулешовка, Высочино, Кочеванчик, Самарский, сёла Ново-Николаевка, Ново-Батайск[11]. В статистических сведениях об экономическом состоянии Батайского волостного общества за 1885 год говорилось, что по смете отчислялось, например, на мирские расходы — 6161 рубль, на содержание волостной почты и пожарных лошадей — 1300 рублей[1].

Строительство Владикавказской железной дороги явилось мощным толчком в развитии села Батайского[1]. 14 июля 1875 года была открыта станция Батайск Владикавказской железной дороги.

В 1887 году Ростовский уезд, в который входил Батайск, переводится из Екатеринославской губернии в Область Войска Донского[8].

На 1904 год в селе Батайском проживало 17 616 человек; насчитывалось 11 улиц, 2576 жилых домов, 2 церкви и 4 низших училища

Начало строительства православных храмов в Батайске связано с XVIII веком. 30 апреля 1783 года Новороссийский протоиерей Иоанн Андреев освятил место и положил закладку на сооружение в селе Койсуг церкви Успения Пресвятой Богородицы. 30 декабря 1783 года Успенская церковь была освящена и открыто в ней богослужение. В 1864 году была построена новая церковь Успения Пресвятой Богородицы. Она была каменной. При храме располагались две школы — церковно-приходская и земская. В 1936 году церковь была разрушена, сейчас на этом месте находится школа № 4.

В 1798 году жители казенной слободы Батайска приняли решение построить деревянную церковь во имя Святого Архистратига Михаила и открыть в слободе своей самостоятельный приход. 8 феврали 1800 Новороссийской духовной консисторией было дозволено строительство церкви. А 7 июня 1800 года Святейший Синод своим указом решение подтвердил. В 1805 году из дачи села Батайск была выделена земля для возведения церкви во имя Святого Архистратига Михаила.

Во второй половине XIX века в Батайске были возведены храмы Покрова Пресвятой Богородицы и Святой Одигитрии. Покровская церковь находилась на территории современной школы № 10. В 1937 году оба храма были разрушены. На месте храма Святой Одигитрии в XXI веке был возведён храм Троицы Живоначальной.

В 1915 году близ станции Батайск начали возводить храм во имя Святого Николая Мирликийского Чудотворца. Он был заложен в честь восшествия на престол императора Николая Второго. К 1 февраля 1916 года строительство первой очереди храма было закончено — возведены стены и купола, своды забетонированы, установлены деревянные стропила на крыше и купола.