Футбольный клуб «Атлетик» в городе Бильбао основан в 1898 году группой из 33 спортсменов, представлявших городскую гимназию «Замакоис». Большую роль в создании клуба сыграли английские рабочие, трудившиеся на предприятиях Бильбао, которые в свободное время играли в футбол и другие виды спорта.

В 1913 году был построен стадион «Сан-Мамес», на котором команда играет и по сегодняшний день.

С 1914 по 1916 годы командой руководил англичанин Уильям Барнс, который установил твердую дисциплину и поставил техничную игру. Плоды его работы вылились в три подряд Кубка 1914, 1915 и 1916 годов. В 1920 году сборная Испании завоевала серебряные медали по футболу на Олимпийских играх в Антверпене. В составе той сборной было пять игроков «Атлетика». В эти же годы комплектование команды начинается по национальному признаку: в команде играют игроки исключительно баскской национальности. Данный принцип используется и по сегодняшний день. В начале же своего существования «Атлетик» считался интернациональной командой: в его составе наряду с басками выступали и испанцы, и англичане.

Поистине золотой была эпоха конца 20-х – 30-х годов. С образованием испанской футбольной лиги клубом были завоеваны и чемпионские титулы, а в 1930 и 1931 годах клубу покорялись золотые дубли. Всего же «Атлетик» выиграл 16 различных трофеев за 8 лет. Большой вклад в данные достижения внес другой английский тренер, работавший в те годы с командой – Фред Пентленд. 

В 1941 году клуб сменил название на Атлетико Бильбао, следуя лингвистической политике Франко, согласно которой все неиспаноязычные имена и названия были запрещены. Обструкции подверглось и правило, по которому только уроженцы Страны Басков могут играть в команде. В том же году свой дебют совершил Сарра. За следующие 13 сезонов он забил 294 гола во всех соревнованиях за Атлетико, плюс ещё 20 за Испанскую национальную сборную. Его 38 голов в сезоне 1950/1951 до сих пор являются непобитым рекордом. Ещё одним великим игроком той эпохи считается Панисо. В 1943 клуб выиграл Ла Лигу и Кубок Генералиссимуса, и второй трофей они сумели сохранить за собой в 1944 и 1945. В начале 1950ых клуб располагал легендарной атакующей линией: Сарра, Панисо, Рафа Ириондо, Венансио и Агустин Гаинса. Они помогли команде выиграть очередной Кубок Генералиссимуса в 1950ом. Появление в качестве главного тренера Фердинанда Даучика позволило развить успех. Он привёл команду к новому дублю в 1956ом и к обладанию Кубком Генералиссимуса в 1955 и 1958. При нём клуб в 1956 дебютировал в Кубке европейских чемпионов и в четвертьфинале был побеждён клубом Манчестер Юнайтед.

Что играло на руку клубу в достижении успехов в тридцатых, сороковых и пятидесятых годах - это лимит на иностранных игроков. В большинстве случаев клуб мог иметь только трёх легионеров в своём составе, а это означало, что на поле выходили как минимум восемь доморощенных футболистов. В то время как Реал Мадрид и Барселона обходили это правило, используя игроков с двойным гражданством, таких как Альфредо Ди Стефано, Ференц Пушкаш, Хосе Сантамария и Ладислао Кубала, Атлетик строго придерживался своей политики кантеры. В течение шестидесятых годов в Испании доминировал Реал Мадрид и Атлетико Бильбао удалось выиграть лишь Кубок Короля в 1969. Как и другие зарубежные команды, клуб стал использовать правило, по которому в команду можно было брать игроков, у которых были баскские корни, но им необязательно было родиться в Стране Басков. Это позволило рождённому в Барселоне Армандо Меродио играть за Атлетик. В то же время такие игроки как Хесус Мария Переда, Мигель Хонес и Хосе Гарате не были удостоены внимания. Хотя никто из не был баском от рождения, все трое выросли в Стране Басков и могли классифицироваться как натурализованные баски. У Гарате родители и вовсе были баскского происхождения.

Позитивной стороной шестидесятых стало восхождение легенды Атлетика Хосе Анхеля Ирибара. Семидесятые не принесли с собой кардинальных изменений, и единственным трофеем стал Кубок Короля в 1973. В декабре 1976 перед началом игры с Реалом Сосьедад Ирибар и капитан Реала Игнасио Кортабарриа вынесли флаг Страны Басков и торжественно установили его в центральном круге. Это было первая публичная демонстрация флага с момента смерти Франко. В 1977 клуб достиг финала Кубка УЕФА, проиграв по правилу мячей, забитых на выезде, Ювентусу. С тех пор клуб вернул себе название Атлетик Бильбао.

В 1981 клуб назначил Хавьера Клементе на пост главного тренера. И вскоре тому удалось создать одну из самых успешных команд Атлетика за всю историю. Молодые игроки из кантеры Сантьяго Уркиага, Мигель Де Андрес, Исмаэль Уртуби, Эстанислао Арготе и Андони Субисаррета присоединились к ветеранам, таким как Дани и Андони Гоикоечеа. В первый же сезон под своим руководством, Клементе привёл команду к 4 месту в Ла Лиге. В 1983 клуб выиграл Ла Лигу, а в 1984 сделал дубль. В 1985 и 1986 Атлетик финишировал третьим и четвёртым последовательно. Атлетик Клементе был узнаваем за агрессивный стиль игры, настоящим воплощением которого был Гоикоичеа. Тренер предпочитал иметь двух опорных полузащитников перед двумя центральными защитниками и либеро, и за это команду прозывали не слишком эффектной, зато эффективной.

Атлетик не смог выиграть ни одного трофея с тех пор, как завершилась эра Клементе. Приглашение таких успешных тренеров как Хосе Анхель Ирибар, Ховард Кендэлл, Юп Хейнкес и Хавьер Ирурета и даже последующее возвращение Клементе не смогло возродить былого успеха.

Самым успешным тренером Атлетика после Клементе был Луис Фернандес, приглашённый в 1996. В 1998 он привёл клуб ко второму месту в Ла Лиге и возможности сыграть в Лиге Чемпионов. Фернандес либерализовал условия политики кантеры. Теперь за Атлетик играть мог всякий, кто начинал футбольную карьеру в Стране Басков. Так получили возможность сыграть в команде уроженец Саламанки Патчи Феррейра и Биуррун, рождённый в Бразилии игрок, эмигрировавший в автономную область в совсем юном возрасте. Кантера также расширила свою зону влияния на Франко-баскскую провинцию, Риоху и Наварру.

Это изменение в уставе позволило Фернандесу подписать Биксана Лизаразю, первого в клубе баска, родившегося во Франции, следующими стали Исмаэль Урсаис и Хосе Мари. Атлетик также стал брать игроков из кантер других баскских клубов. В 1995 Атлетик подписал Хосеба Эчеберрия из Реала Сосьедад, подпортив отношения двух клубов. Хотя Лизаразю покинул клуб после одного сезона, Урсаис, Хосе Мари и Эчеберрия стали основными фигурами в составе сезона 1997/1998 наряду с Рафаэлем Алькортой, Юленом Гэрреро и Патчи Феррейрой.

В недавнем прошлом Атлетик Бильбао увяз в середняках чемпионата, а потом и вовсе был вынужден вести борьбу за выживание в сезонах 2005/2006 и 2006/2007. В 2006 клуб смог избежать вылета только в 37ом туре после победы над Депортиво на Риасоре со счётом 2-1. Хавьер Клементе в третий раз возглавил клуб в 2005 году, в момент, когда клуб занимал последнюю строчку. Ему удалось вернуть стройность оборонительным рядам команды и спасти клуб от вылета, но несмотря на это, он не остался на своём посту на сезон 2006/2007. Этот сезон стал самым худшим в истории клуба, поскольку спастись удалось лишь в заключительном туре чемпионата, когда Леванте потерпело поражение на Сан Мамесе со счётом 2-0. Несмотря на отсутствие каких-либо успехов на поле, подавляющее большинство болельщиков клуба считают, что уникальность клуба и традиции важнее футбольных трофеев. Согласно исследованию газеты Эль Мундо в 90ых годах, 76% болельщиков Атлетика предпочли бы пережить вылет команды во второй дивизион, нежели отказаться от политики кантеры.