Na początku XV wieku osadę i przynależne do niej ziemie otrzymał od syna ostatniego niżegorodzkiego kniazia Daniła Borysowicza Peczerski Monastyr. W ciągu kolejnych 150 lat, pomiędzy tatarskimi najazdami, kstowczanie pracowali na roli, zajmowali się łowiectwem i rybołówstwem.

W 1818 zbudowano w Kstowie kamienną cerkiew i od tego czasu stał się on znany jako wieś. Na początku lat 20. XX wieku Kstovo staje się centrum dużego rejonu rolniczego - w 1929 utworzono rejon kstowski, rozwija się leśnictwo i połowy na Wołdze i okolicznych zalewowych jeziorach.

Miasto Kstowo początkowo budowano jako osiedle robotnicze w pobliżu rolniczej wsi Kstowo, z biegiem czasu i powiększającej się liczby mieszkańców osiedle i wieś wspólnie otrzymało status najpierw "robotniczego osiedla Kstowo", następnie 12 września 1957 miasta.

Planowaniem urbanistycznym miasta zajmował się leningradzki instytut "Lengorstrojprojekt", który musiał uwzględnić stacjonujący w jednym z osiedli wojskowy oddział deszyfrażu lotniczego z laboratoriami, zajmujący się m.in. obróbką techniczną klisz uzyskanych z kamer lotniczych. Po rozformowaniu oddziału na miejscu jego stacjonowania utworzono sanatorium wojskowe, przeniesione następnie do Soczi na miejsce oddziału budowlanego, który z kolei przeniesiono do Kstowa.