Costruito nel 1883 su progetto dello studio Hubert, Pirsson & Company, come un complesso di appartamenti, il Chelsea Hotel è stato convertito in albergo nel 1905.
È stato la dimora di pittori, scrittori e artisti famosi quali Thomas Wolfe (che trascorse qui l'ultimo anno della sua vita), Arthur Miller (visse qui dal 1962 al 1968), Thomas Wolfe, Dylan Thomas, Bette Davis, Marilyn Monroe, Jane Fonda, Al Pacino, Andy Warhol, Janis Jopolin, Jimi Hendrix, Bob Dylan e James Browne.
L'albergo è stato anche alla ribalta della cronaca nera quando Sid Vicious (bassista del gruppo musicale Sex Pistols) ha ucciso nella sua camera, sotto l'effetto dell'eroina, la sua compagna.