Au début du XXe siècle, Adolphe Heuliez exploite un atelier de maréchalerie et de charronnage situé à Cerizay dans les Deux-Sèvres (Poitou-Charentes). Son fils, Louis, également maréchal et charron, se lance dans la fabrication de charrettes anglaises qui plus tard deviennent l'emblème du groupe Heuliez. Il jette ainsi les bases de la carrosserie Heuliez. En 1922, Louis prend la succession de son père et se lance dans l'expérimentation par le biais d'améliorations techniques, ce qui deviendra le maître mot de la société. La première des innovations : le caoutchoutage des roues.

L'automobile devient la préoccupation d'Heuliez : les premiers dérivés automobiles sont proposés dès 1925. Le savoir faire acquis dans l'atelier de fabrication de carrioles est transféré dans les métiers de la carrosserie autour du travail du bois, du fer et de la tôle. Menuisier, ferreur et tôlier réalisent successivement l'ossature bois, la fixation au châssis puis la carrosserie. En 1932, Louis Heuliez construit son premier autocar à armature en bois.
L'apprentissage au sein de l'atelier familial profite aux enfants de Louis : Pierre et Henri. Avec la fabrication d'autocars, l'agrandissement des locaux s'avère nécessaire et la dimension industrielle s'affirme.

Louis Heuliez est attentif aux évolutions de son temps: de l'hippomobile à l'automobile, de la construction en bois au développement de l'acier. La carrosserie entièrement métallique est dès 1936 en vigueur dans les ateliers d'Heuliez sous le nom de la marque nouvellement créée Robustacier (un nom qui évoque le mobilier scolaire et de bureau, imaginé par les stylistes d'Heuliez à l'occasion de la reconstruction de l'école de Cerizay dans les années 1950).

La seconde guerre mondiale porte un temps d'arrêt à l'évolution de la société.

A partir de 1947, son fils Henri développe un véritable groupe industriel, son frère Pierre étant le responsable du bureau de dessin. Dans un premier temps, l'essor du groupe est marqué par la fabrication d'autocars de tourisme et de grands véhicules publicitaires notamment pour le Tour de France. Cependant la société Heuliez n'oublie pas ses racines et, jusqu'en 1952, poursuit la tradition familiale avec l'atelier de charronnage.

Le tournant industriel s'accélère lorsque se concrétise un partenariat avec Citroën signé en 1952. Citroën ayant remarqué dès 1949 le talent des ateliers Heuliez dans la construction des autocars, il leur confie de manière exclusive la fabrication de fourgons. La production au sein de l'entreprise adopte les techniques en série.

Gérard Queveau, le beau-fils d'Henri Heuliez poursuit l'engagement de l'entreprise dans ce virage vers de nouveaux modes de production et nouveaux équipements. Il est nommé directeur général en 1961. Le passage de la carrosserie traditionnelle aux nouvelles techniques d'assemblage impose à la société d'investir. L'entreprise se structure autour de trois activités principales : division automobile, division carrosserie, division agricole. Des filiales sont créées (SA Henri Heuliez pour le mobilier, Heuliez Bennes, Heuliez Bourg, Heuliez Outillage)


En 1970, la Holding Henri Heuliez est créée. En 1972, Mercedes Benz se rapproche d'Heuliez pour la production de bus.

En 1974, Gérard Quéveau succède à son beau-père Henri Heuliez à la présidence du groupe qui se diversifie dans les métiers de la carrosserie automobile : style, étude, prototypes, outillages, emboutissage, ferrage et montage de véhicules complets. Dans les années 1990, il assure notamment la fabrication des véhicules complets pour PSA Peugeot Citroën.

La Division Études automobiles déménage au Pin en 1978 et devient un centre d'études et de recherches. En 1985, elle change de dénomination pour s'appeler France Design Henri Heuliez. En 1989, un accord de partenariat est signé avec le CSTB, Soufflerie Jules Vernes de Nantes. 250 stylistes, ingénieurs et techniciens travaillent à la demande du groupe Henri Heuliez et des constructeurs européens dans les domaines du style, des études, des prototypes, des essais et des homologations. En 1993, dans le cadre de son développement international, France Design crée un nouveau centre de style : Heuliez Torino implanté à Turin et dirigé par Marc Deschamps à l'origine du style de nombreuses carrosseries de véhicules de grande série essentiellement pour Citroën.
Heuliez est spécialisée dans le développement des concepts et des nouvelles technologies en carrosserie, plus particulièrement dans le domaine des toits rétractables, des ouvrants et des systèmes de sièges.
Cependant depuis 2007, l'entreprise connait des difficultés bien qu'elle reste par ailleurs un fournisseur important de Volkswagen et de Lamborghini pour des toits rétractables. En 2009, une première tentative de reprise échoue et la société HEULIEZ dépose en mai 2010 une demande de reconnaissance de cessation de paiement au tribunal de commerce de Niort qui décide d'un placement en redressement judiciaire avec continuité d'activité de 2 mois. Cette demande ne concerne pas la société Heuliez Véhicule Électrique dont le carnet de commande est plein.
Le 30 juin 2010, l'affaire Heuliez s'éclaircit. Le tribunal de commerce de Niort dévoile l'identité des repreneurs d'Heuliez : ce sont le groupe français BGI (Baelen-De Gaillard Industries) et la société allemande Con-Energy, secondée du groupe Pharma-Kohl. La société est séparée en deux sociétés distinctes et indépendantes : "Heuliez", qui abandonne la production d'automobiles pour se recentrer sur la sous-traitance industrielles dans divers domaines, avec pour actionnaire le groupe BGI, et "Mia Electric", s'occupant de la conception et production d'automobiles électriques, avec pour actionnaires les sociétés Pharma-Kohl et Con-Energy, ainsi que la région Poitou-Charentes.
Le groupe Heuliez a conservé la plupart de ses prototypes et concept-cars dans des ateliers vides. Plus de 80 véhicules ainsi que des maquettes et un fonds documentaires (dessins aquarellés des stylistes de la société, photographies…) constitue une collection exceptionnelle représentative de l'activité de ce carrossier deux-sévrien. Dans les années 2000, l'idée de créer un " conservatoire " ouvert un public est étudié mais le projet n'aboutit pas.

Une premère vente a lieu en 2005. Puis, le 7 juillet 2012, Artcurial | Briest - Poulain - F. Tajan propose à la vente 40 véhicules de la collection au Mans. Enfin une troisième vente a lieu le 7 octobre 2012 à Cerizay.