Intorno all'anno Mille cominciano a sorgere nei pressi di Carrara numerosi edifici sacri, come la pieve di Sant'Andrea, che consolidano la presenza della chiesa in tutta l'area del lunigiano. Ben presto proprio a Luni si insedia un potente vescovado che riuscirà ad affermarsi su Lucca, assumendo il controllo della zona a partire dal 1124.

Intorno alla metà del XII secolo Carrara, presso la quale l'attività marmifera è ripresa a pieno regime, diventa la sede vescovile della curia lunigiana. La città, la cui importanza è ormai riconosciuta da alcuni secoli, si afferma ben presto come comune autonomo e innesca un braccio di ferro con il potere ecclesiastico per vedersi concedere privilegi e potere politico. L'appoggio all'autorità laica dell'imperatore Federico II dà il via all'epopea di Guglielmo Malaspina, feudatario appartenente alla dinastia degli Estensi cui si devono le opere di fortificazione del borgo medievale. Carrara diventa ben presto uno dei baluardi ghibellini dell'alta Toscana.
La storia medievale di Carrara è ormai inesorabilmente segnata dalla plurisecolare lotta tra chiesa ed autorità laica, con i carraresi sempre schierati al fianco di quest'ultima. Nel Duecento si stipulano numerosi accordi con il vescovado in materia di statuti e giurisdizione pubblica (in quello del 1260 vengono istituiti i pedaggi sui marmi ancora in vigore). Nel 1315 il potere vescovile è definitivamente abbattuto e la città è governata alternativamente da Fiorentini e Genovesi. Per un periodo è al comando di Carrara il condottiero Castruccio Castracani, particolarmente apprezzato dai carraresi per la sua fama di avversario della chiesa.
Tornata in mano ai Malaspina, la città è oggetto, nel 1495, di una feroce incursione da parte delle truppe francesi di Carlo III. Nel XV secolo il borgo vive una nuova fase di ascesa economica ed inizia a diventare meta prediletta di commercianti e artisti, mentre i suoi artigiani iniziano a girare l'Europa per svolgere commissioni molto ben pagate. È in questo periodo che nasce e si sviluppa come centro economico di Carrara piazza Alberica, in una zona anticamente riservata a pascolo dai Longobardi.
Nel Settecento Carrara vive un periodo contrassegnato da una signoria "illuminata", che opera numerose riforme, affermando il possesso delle cave da parte dell'amministrazione pubblica e operando una riforma agraria basata non più sul feudalesimo ma sulle concessioni temporanee. A metà secolo iniziano anche i lavori per il porto, con l'obbiettivo di divincolare l'attività mercantile carrarese dagli oneri degli scali di altre città.
Superata l'occupazione napoleonica Carrara viene assegnata, con la Restaurazione del 1814, al Ducato di Modena guidato dagli Estensi. Tuttavia le idee giacobine e patriote, ormai consolidatesi nel carrarese e nel lunigiano, fanno si che il centro sia sempre in prima linea durante i moti risorgimentali, tra i quali è celebre l'insurrezione del 1831 guidata da Ciro Menotti, che costringe l'autorità locale a rifugiarsi nella vicina Massa. Carrara viene così scelta da Cavour e Napoleone III per innescare la sollevazione austriaca che consentirà alle truppe franco-piemontesi di attaccare il Ducato di Modena. Subito dopo la fuga degli Estensi e l'annessione al Regno d'Italia, il dittatore Farini crea l'odierna provincia di Massa e Carrara.