В 1645 году Назарьевы отказываются платить дань Ногайскому ханству и начинают строительство укреплений. Старший сын Назарьева, Михаил Гурьев, добивается поддержки царя, который своим указом выделяет в помощь купцам 600 строителей. В 1662 году, несмотря на различные трудности и сопротивление казаков, строительство каменной крепости было закончено, до 1734 года крепость называлась Нижне-Яицкий каменный городок.

Главным занятием жителей было рыболовство. В июле 1667 года Степан Разин со своим отрядом вошел в Нижнее-Яицкий городок, здесь он провел зиму 1667-1668 гг., готовясь к дальнейшим действиям. В феврале 1668 года в Нижне-Яицкий городок было направлено 3000 стрельцов для подавления восстания. Ночью 23 марта того же года Степан Разин на 24-х вооруженных стругах сумел вырваться из кольца окружения и направился через Каспийское море в Персию.

В 1685 году в Нижне-Яицком городке основана таможенная застава, что способствовало развитию транзитной торговли, которая давала немало прибыли царской казне. В1689 году рыбные предприятия Гурьевых были переданы в ведение Приказа Большого Двора, причиной послужила неплатежеспособность промышленников. 4 апреля 1717 года в Нижне-Яицкий по заданию Петра I прибыла российская экспедиция, направляющаяся в Хиву во главе с географом, исследователем, путешественником Александром Бековичем Черкасским.

В 1734 году Нижне-Яицкий городок был официально переименован в город Гурьев по имени главы семьи Назарьевых. В 1744 году по указу Сената в городе Гурьеве на левом берегу р. Яик открыт меновой двор. Меновая торговля производилась два раза в год — осенью и зимой. Казахи пригоняли скот, привозили кожи, шерсть и другие натуральные продукты, а российские купцы — хлеб, чай, табак, различные ткани. В 1774 году казахи, сторонники пугачевского движения, контролировали весь район, прилегающий к Гурьеву. Царская администрация была обеспокоена сочувствием казахов Пугачеву. 26 января 1774 года по приказу Емельяна Пугачева отряд его соратника, атамана Андрея Овчинникова штурмом взял город Гурьев. Тех, кто пытался организовать сопротивление, повесили. 2 мая карательный отряд царского правительства, прибывший из Астрахани под командованием подполковника Б. Кандаурова, занял Гурьев.

В 1775 году указом Екатерины II, среди прочего, река Яик переименована в реку Урал, в том же году была проведена перепись населения, согласно которой в Гурьеве проживало 2880 человек.

В 1856 году в Гурьеве было открыто первое учебное заведение — церковно-приходская школа, а в 1857 году — юнкерские классы особого назначения и отделение Уральского военного училища. В 1865 году был образован Гурьевский уезд, город Гурьев становится его административным центром. В 1872 году в Гурьеве открылось женское училище, которое через год было преобразовано в гимназию.

С 1889 года между Гурьевом и Астраханью совершаются регулярные рейсы морского пассажирского парохода. В 1897 году, согласно переписи населения, в Гурьеве проживало 9322 человек. В 1911 году близ Гурьева открыт Эмбенский нефтяной бассейн, уже на следующий год английская компания «Шелл» начинает добычу нефти на месторождениях Искин, Доссор и Макат. В 1918-20 гг. Гурьев был центром сопротивления уральских казаков белой Армии. Советская власть в Гурьеве была установлена только в январе 1920 года. За годы Советской власти Гурьев стал крупным центром нефтяной и химической промышленности. Построены нефтепроводы Гурьев-Орск (в 1935 году) и Узень-Самара.

В 1992 году Гурьев вошел в состав новообразованной Республики Казахстан, и был переименован в Атерау (Атырау).

Старый город расположен на правом берегу реки Урал, поселки нефтеперерабатывающего завода, химиков и поселок Новостройка — на левом берегу Урала. В старом городе сохранились жилые дома и общественные здания, построенные в конце 19 — начале 20 в.