Nel XVI secolo si crearono le premesse dell'habitat disperso che ancora oggi caratterizza il territorio sulcitano. Intorno al 1800 questo tipo di habitat da temporaneo diventa stabile; infatti, una volta garantita la tranquillità dei luoghi, i pastori incominciarono a stabilirvisi con le loro famiglie, a coltivare la terra ed a rimpiazzare le capanne con case in muratura.
La storia del Sulcis spagnolo e piemontese non è contrassegnata da particolari vicende mentre nuova vivacità soprattutto economica si ebbe con l'identificazione di un bacino carbonifero nel 1851.
Le nuove prospettive di lavoro in miniera determinarono un graduale ma profondo mutamento nella popolazione e nel territorio. Lo sfruttamento delle risorse del sottosuolo, in particolare nella zona di Bacu Abis, si incrementò durante la prima guerra mondiale.

Con la fine della guerra e la ripresa del commercio internazionale finì la breve fortuna del carbone sardo. La Società Anonima di Bacu Abis viene dichiarata fallita nel 1933, le miniere sono gestite transitoriamente, sino al 1935, “dall’Unione Fascista Lavoratori dell’Industria” per poi passare nelle mani della “Società Mineraria Carbonifera Sarda” che riprende lo sfruttamento delle risorse del sottosuolo.
Nel 1935 il governo costituisce l'A.Ca.I. (Azienda Carboni Italiani) per sviluppare le ricerche di carboni fossili, che alla fine del 1936, grazie al metodo dei sondaggi, individua il bacino carbonifero di Sirai-Serbariu. La previsione di una intensa attività nei nuovi pozzi e del conseguente afflusso di manodopera suggerirono il progetto di una nuova città operaia vicina alle miniere ed al porto di S. Antioco che doveva assicurare il trasporto dei materiali estratti in loco.
La nuova città, chiamata Carbonia, fondata con regio decreto n. 2189 del 5 novembre 1937, viene inaugurata il 18 dicembre 1938, con cerimonia ufficiale e grande propaganda sulla stampa nazionale. Il pretesto per la creazione della città nuova è la svolta autarchica del governo fascista che impone Carbonia come simbolo del carbone nazionale, una sorta di Rurh italiana al centro del Bacino Carbonifero del Sulcis.
Ancora nel 1936, il territorio, in cui si estende Carbonia è incolto e praticamente privo di insediamenti rilevanti: la popolazione dell’intero Sulcis Settentrionale supera appena i tremila abitanti, dispersi in piccoli agglomerati. La popolazione è certamente poca, ma il territorio non è deserto, come descritto dalla retorica di regime, la regione del Sulcis, infatti, appare punteggiata da insediamenti minori, posti in punti nevralgici.
I motivi che inducono alla creazione della nuova città sono, dunque, unicamente contingenti. La “new town” di Carbonia nasce, quindi, come “company town” dell’Azienda Carboni Italiani, vera città a bocca di miniera, del tutto funzionale all’estrazione del carbone nazionale. Vengono chiamati a progettarla ed a sovrintendere alla sua realizzazione alcuni dei migliori progettisti italiani: il triestino Gustavo Pulitzer ed i romani Cesare Valle e Ignazio Guidi. 
Dal punto di vista architettonico Carbonia, dunque, è caratterizzata dai tipici elementi della città fascista: al centro si trova la Piazza Roma intorno alla quale sorgono i principali edifici. E’questa la vera e propria “piazza dei poteri”, progettata per consentire la coesistenza e la percezione simultanea del grande edificio religioso che la domina (la Chiesa, in stile romanico-moderno, costruita, nella parte inferiore, con granito di Teulada e per il resto in trachite, con adiacente la Canonica e il Campanile alto m. 46, riproduzione in piccolo di quello di Aquileia), del Municipio e del sistema politico-culturale rappresentato dall’emblema del Partito (la Torre littoria, alta 27.5 m ed oggi Torre Civica), e dal complesso Cinema-Teatro e Dopolavoro.
Carbonia, “città operaia di Stato”, come la definisce Ignazio Delogu, si sviluppa per garantire la presenza imponente di manodopera a bocca di miniera, con conseguente diminuzione dei costi di produzione e uno stretto controllo sulle masse operaie. 
Inizialmente gli spazi abitativi e la struttura della città rispecchiano le rigide gerarchie sociali imposte dalla miniera e dal regime fascista: il centro è riservato alle case dei dirigenti: Villa Sulcis (oggi Museo Archeologico) era la residenza ufficiale del Direttore delle miniere di carbone della città. Le vie di comunicazione sono pensate per collegare gli alloggi con le miniere e gli alloggi con il centro. Gli spazi abitativi e urbani sono così studiati per garantire ai privilegiati, per posizione sociale ed aziendale, un’adeguata distanza fisica dalla massa degli operai: al centro le case quadrifamigliari dei capi e dei sorveglianti, verso la periferia i palazzoni a quattro e sei piani degli operai con famiglia e nella parte nord della città gli alberghi operai destinati ai minatori celibi o precari.
Le condizioni di vita degli operai, al di là della retorica di regime, sono molto dure, soprattutto durante la guerra, quando le miniere vengono sottoposte ad una rigida disciplina militare che considera ogni azione di protesta alla stregua di un sabotaggio e a ritmi di lavoro estenuanti, causa di frequenti incidenti, spesso mortali.

Dopo un primo periodo di intensa attività estrattiva, con l'avanzare della seconda guerra mondiale, il ritmo produttivo registra un notevole rallentamento. Alla caduta del fascismo, il Carbone Sulcis rappresenta però l'unico combustibile disponibile in Italia per il rilancio dell'apparato industriale nazionale. Per questo motivo, oltre che per la persistente chiusura delle importazioni estere e per il «prezzo politico» fissato per il carbone Sulcis, la produzione sarda gioca nei primi anni della ricostruzione un ruolo fondamentale. Si registra così una seconda fase dello sviluppo di Carbonia sia dal punto di vista demografico che economico. Ben presto la riapertura dei mercati internazionali e la concorrenza del carbone straniero, avvia l'industria mineraria ad una crisi lenta ma inesorabile, che dà luogo a una vasta mobilitazione operaia e cittadina.
“Città e miniera, [quella di Serbariu, che cessa la produzione nel 1964], scandiscono insieme i tempi del lavoro e della produzione, del passaggio dal fascismo alla democrazia, del conflitto sociale e della lotta per la sopravvivenza della nuova comunità. La storia della città conserva, infatti, il ricordo di un altro 18 dicembre, quello del 1948, data che segna la conclusione di uno degli scioperi più lunghi della storia d’Italia: durato 72 giorni e indetto per la difesa dei diritti dei lavoratori e per la sopravvivenza della stessa città, in un momento in cui appariva ormai evidente il declino dell’attività estrattiva. Da quell’esperienza Carbonia riemergerà con identità e personalità più solide e definite.
La miniera sarà infine chiusa, ma la comunità e la città andranno oltre l'originaria matrice produttiva, conservando, però, un nucleo forte di legami e di valori comuni, accumulati durante gli anni dell'epopea mineraria, insopprimibile dato identitario”.
“Il dopoguerra segna in modo irreversibile la crisi del distretto del carbone di Sardegna. Finito il protezionismo autarchico, il minerale non regge la concorrenza estera e la “grande miniera” già alla metà degli anni ’50 appare un peso economico insostenibile. La città perde rapidamente 20.000 abitanti, e si stabilizza con molti sussulti sulla dimensione demografica dei 30.000 che ancora oggi la caratterizza.” 
La crisi del bacino carbonifero sardo è legata a numerosi fattori: dai mutamenti profondi nei meccanismi produttivi alla dilatazione del mercato, dalla «rivoluzione energetica» provocata dal petrolio alle nuove tendenze di sviluppo della politica mineraria nazionale.
La crisi va sempre più accentuandosi fino a raggiungere la punta massima di recessione nei primi anni ‘70 quando le ultime miniere attive di Nuraxi Figus e Seruci chiudono i battenti.