Douai era un poble fortificat romà, el seu nom llatíDuacum fa referència al seu caràcter doble (dos petits nuclis urbans units). Durant l'edat mitjana va passar a mans dels comtes de Flandes, però en constants disputes amb el rei francès per les seves propietats.
El1562, el reiFelip II de Castella hi fundà unauniversitat per lluitar contra la Reforma. Per aquest fet Douai es convertí en un baluard de la fe catòlica. Aquesta universitat s'encarregà de traduir laBíblia a l'anglès per dialogar amb els protestants. Com a curiositat, una d'aquestes bíblies va ser usada perJohn Fitzgerald Kennedy en jurar el seu càrrec com a president delsEstats Units d'Amèrica.
Després de laRevolució francesa, quan va ser un centre d'artilleria destacat, Douai va ser temporalment capital del departament del Nord, abans del seu trasllat aLilla. Amb els avenços produïts per la revolució industrial, la ciutat va enriquir-se i va esdevenir el segon port fluvial de la zona, amb un important flux comercial basat en el carbó.
Elbelfort (talaia) de Douai, amb les seves 62 campanes, forma part del conjunt de torres militars i campanars declarats Patrimoni Mundial per la UNESCO. És una obra del segle xiv amb merlets adornats amb ferro que va ser lloada, entre d'altres, per Victor Hugo. Està coronat per un lleó sobre les voltes gòtiques. La UNESCO també ha distingit elsgegants de la ciutat, anomenatsGayant, de gran tradició popular.
La ciutat conté altres edificacions d'art gòtic d'interès, com la col·legiata de Saint Pierre o l'església de Saint Jacques. Igualment destaquen les construccions civils neoclàssiques del palau de Justícia o el Teatre Municipal.
El Museu de la Chartreuse, un edifici renaixentista, conté obres de pintors i escultors locals al llarg dels segles i permet recórrer un panorama artístic des de la fundació del municipi.
Elconservatori de Douai va ser el segon de França a aconseguir homologar els seus títols, després del deParís. El compositorHenri Dutilleux i el director d'orquestraGeorges Prêtre foren deixebles d'aquest conservatori.