Заснована як слобода Маслове у середині XVIII століття, коли тут оселилося декілька родин запорозьких козаків на чолі з козаком Масловим. Із часом поселення збільшилось за рахунок інших переселенців.
У 1754—1759 й 1761—1764 роках Вільшанка входила до складу Новослобідського козацького полку.
Війна 1768–1774 років сприяла припливу болгарської людності на Україну. Серед військовослужбовців османських загонів, відправлених на допомогу кримському ханові, знаходилася й певна кількість православних християн — войників, сакків та лагумджиїв. Погано одягнені та озброєні, вони не відігравали ніякої ролі. Їх невдоволеність необхідністю брати участь у бойових діях проти своїх єдиновірців висловлювалася у схильності до переходу на бік росіян.
По закінченню російсько-турецької війни 400 болгарських родин за дозволом царя заснували інші поселення неподалік від слободи. Пізніше поселення злилось зі слободою й отримало назву Вільшанка.
Після ліквідації військових поселень, в 1857 році село стало волосним центром.
1859 року у селі південних мешканців Ольшанка (Маслове) Єлисаветградського повіту Херсонської губернії, мешкало 2543 особи (1327 чоловічої статі та 1216 — жіночої), налічувалось 520 дворових господарств, існувала православна церква.
Станом на 1886 рік у колишньому державному селі Вільшанка (Маслова), центрі Вільшанської волості, мешкало 4296 осіб, налічувалось 620 дворових господарств, існували православна церква, єврейський молитовний будинок, школа, земська станція, винний склад, 8 лавок, відбувались базари по п’ятницях.
За даними 1894 року у селі Ольшанка (Вільшанка, Маслова) мешкало 5782 особи (2945 чоловічої статі та 2837 — жіночої), налічувалось 907 дворових господарств, існували православна церква, єврейський молитовний будинок, земська школа на 138 хлопчиків, церковно-парафіяльна школа на 31 учня (20 хлопчиків й 11 дівчаток), метрологічна станція, земська поштова станція, 7 лавок, шинок, водяний млин, базари відбувались 50 днів на рік.
За переписом 1897 року кількість мешканців зменшилась до 5518 осіб (2736 чоловічої статі та 2782 — жіночої), з яких 5438 — православної віри.
24 січня 1920 року, переправившись через Синюху, у Вільшанці під час Зимового походу зупинявся Кінний полк Чорних Запорожців Армії УНР. Під час переправи провалилася під лід гармата і тому чорношличникам довелося зупинитися. Тут їх наздогнали посланці від командира Ольвіопольського загону Збройних Сил Півдня Росії полковника Попова з пропозицією спільних воєнних дій проти військ комуністичної Москви. 25 січня, діставши з дна Синюхи і з-під льоду гармату, полк рушив далі.
Під час організованого радянською владою Голодомору 1932—1933 років померло щонайменше 43 жителі селища.
Нині Вільшанка — центр створеного у 1923 році Вільшанського району. Населення 6683 особи (2001): українців — 74 %, болгар — 18 %, росіян — 5 %, молдаван — 1,6 %, білорусів — 0,5 %.
