H Oυρανούπολη πήρε το όνομά της από την αλεξανδρινή πόλη που ίδρυσε το 315 π.Χ ο Αλέξαρχος, ο γιός του Αντιπάτρου και αδελφός του Κασσάνδρου. Η πόλη αυτή κτίσθηκε πάνω στα ερείπια της Σάνης αποικίας των Ανδρείων, την οποία κατέστρεψε εκ θεμελίων ο Φίλιππος ο Β΄.
Σωζόμενα νομίσματά της φέρουν την επιγραφή “ΟΥΡΑΝΙΑΣ ΠΟΛΕΩΣ” και άλλα «ΟΥΡΑΝΙΔΩΝ ΠΟΛΕΩΣ» και παράσταση της Ουρανίας Αφροδίτης, καθισμένης σε σφαίρα από τη μια όψη και από την άλλη τον ήλιο ακτινοστεφή με οκτώ ακτίνες.
Το 10ο αιώνα στη χερσόνησο του Άθω ιδρύονται τα πρώτα μοναστήρια. Ένα από αυτά είναι και η “Μονή Ζυγού” ή “Φραγκόκαστρο” που βρίσκεται κοντά στην Ουρανούπολη, όπου ασκήθηκε για ένα περίπου χρόνο ο Όσιος Αθανάσιος ο Αθωνίτης ο ιδρυτής της Μεγίστης Λαύρας. Η Μονή αυτή βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της ανασκαφής κατά την οποία αποκαλύπτονται σημαντικά ευρήματα και κατέχει το σπουδαίο προνόμιο να είναι η μοναδική εκτός Αγίου Όρους και επομένως να είναι επισκέψιμη από γυναίκες.
Στις αρχές του 14ου αιώνα χτίζεται από τη Μονή Βατοπαιδίου ο βυζαντινός Πύργος που δεσπόζει στην Ν.Δ άκρη του χωριού με σκοπό τη προστασία του μετοχιού και είναι ο πιο μεγάλος και ο πιο καλά διατηρημένος (ιδιαίτερα μετά από την πρόσφατη αναπαλαίωση του από τη 10η εφορία βυζαντινών αρχαιοτήτων) στη Χαλκιδική. Το 19ο αιώνα μετά από σεισμό γκρεμίζεται ο τελευταίος όροφός του.
Τότε επισκευάζεται και παίρνει τη τελική του μορφή. Παράλληλα κτίζονται τα συνοδευτικά του κτίρια. Ένα από αυτά στεγάζει σήμερα το γραφείο της κοινότητας.
Μετά τη μικρασιατική καταστροφή πρόσφυγες από τα νησιά του Μαρμαρά στη Προποντίδα συγκεντρώνονται στο χώρο αυτό βρίσκοντας στέγη στο Πύργο, στα κοντινά του κτίρια και σε αντίσκηνα.
Το 1926 κτίζονται από μια γερμανική εταιρεία τα πρώτα σπίτια του χωριού, κάποια από τα οποία διατηρούνται ακόμη. Αργότερα οι κάτοικοι χτίζουν την Εκκλησία, το Σχολείο και αρχίζει να οργανώνεται μια κοινότητα με το όνομα «Προσφόριον», ύστερα «Πύργος» και γύρω στο 1960 παίρνει το οριστικό της όνομα «Ουρανούπολη».
Το 1928 συνδέεται με τη ζωή του χωριού το ζεύγος Lock που εγκαθίσταται στον πύργο. Η συνεργασία του ζεύγους που χρησιμοποιεί σχέδια αντιγραμμένα από κώδικες των μοναστηριών με κατοίκους του χωριού που γνωρίζουν τη τέχνη του χαλιού, βάζει τα θεμέλια μίας τοπικής βιοτεχνίας που έδωσε δουλειά και έσοδα σε πολλές οικογένειες.
Τη δεκαετία του 60 έρχονται οι πρώτοι τουρίστες, κατασκευάζονται δρόμοι, έρχεται ο ηλεκτρισμός, κτίζεται το ξενοδοχείο Ξενία.