1542 wurde die Stadt infolge der kriegerischen Wirren zwischen dem Landesherrn sowie Kaiser Karl V. weitgehend zerstört. Die alte Bedeutung konnte Bergheim seither bis zum 19. Jahrhundert nicht wieder erlangen. Nach dem Ende des alten Reiches und dem Übergang an Frankreich wurde Bergheim Hauptort des gleichnamigen Kantons im Département de la Roer, nach dem Einmarsch der Preußen 1816 Kreisstadt. Bergheim blieb damit übergeordnetes Verwaltungszentrum. Ein neuer Aufschwung der Stadt begann mit der Industrialisierung in den 1890er Jahren. Besonders die Braunkohlengruben in der Nähe der Stadt sowie der Anschluss an das rheinische Eisenbahnnetz trugen in erheblichem Maße zur städtischen Entwicklung bei. Bereits 1935 arbeiteten mehr Menschen in den großen Industriebetrieben – wie Braunkohle- und Chemiewerken – als in der Landwirtschaft und in den sonstigen Gewerben.

Im Zweiten Weltkrieg hatte Bergheim durch Bombardierungen der Alliierten und durch die Kampfhandlungen bei der Besetzung im März 1945 stark zu leiden. Insgesamt wurden 4,2 Prozent der Wohnhäuser total zerstört, 11,8 Prozent schwer und 37,6 Prozent leicht beschädigt. Nach dem Krieg nahm Bergheim über 5.000 Flüchtlinge vor allem aus den Ostgebieten auf, die die konfessionelle sowie soziale Zusammensetzung der Bevölkerung in starkem Maße veränderten.

Durch Bildung des Amtes Bergheim aus dem Zusammenschluss der Ämter Bergheim und Paffendorf sowie der Gemeinde Hüchelhoven noch im Jahr 1937 wurde die verwaltungsmäßige Voraussetzung für das in den Nachkriegsjahrzehnten starke Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum geschaffen. Von 1945 bis 2005 stieg die Einwohnerzahl um mehr als das Dreifache. 1958 kam die Gemeinde Wiedenfeld zu Bergheim, die wegen des Braunkohlentagebaus Fortuna/Garsdorf umgesiedelt werden musste. In den 1980er Jahren verschwand ein weiterer Ort von der Bergheimer Landkarte. Der in der Nähe von Oberaußem gelegene Stadtteil Fortuna (bestehend aus Wohnungen von Bergarbeitern) wurde aufgelöst und die Bewohner auf Werkswohnungen im ganzen Rhein-Erft-Kreis verteilt.

Seit der kommunalen Neugliederung 1975 besteht Bergheim aus 15 Stadtteilen, ist Sitz des Rhein-Erft-Kreises und zahlreicher Verwaltungen. Es ist neben Kerpen die bevölkerungsreichste Kommune im Rhein-Erft-Kreis.