Tout commence en 2005 à Austin, Texas. L'ancien joueur de base-ball James Petralli (chanteur), Lucas Anderson (guitariste) et Josh Block (batteur) jouent ensemble dans un groupe de rock alternatif nommé Parque Torche. Steve Terebecki (bassiste) fait quant à lui partie de Peach Train, autre groupe de rock local.
Alors que Parque Torche et Peach Train partagent la même scène, le Beerland, à Austin, les musiciens tissent une entente musicale suffisante pour avoir envie de jouer ensemble. Ce sera d'abord sous le nom de Parque Torche que le quatuor fait ses premières armes. Or, Lucas Anderson s'expatrie en Russie au début de l'année 2006. Ne reste plus que Block, Terebecki et Petralli, qui s'attelle à la guitare : le trio White Denim est né, destiné à une musique mpelant le rock psychédélique au blues, à la soul et au garage... entre autres influences.
Après deux maxis plutôt remarqué, Let's Talk About it (2007) et Workout Holiday (2008) White Denim publie un premier album en juin 2008, Workout Holiday. Electrique, fantasque et couronné d'une aura insolemment punk, il rencontre un excellent accueil critique en Europe puisque White Denim avait auparavant signé un contrat chez Full Time Hobby, chargé de les faire connaître sur le Vieux Continent. Aux Etats-Unis, ce sera sous le nom de Exposion que le premier album du trio fera son apparition. Ce dernier s'illustre aussi lors d'un festival qu'il connait bien, le fameux South by Soutwest made in Austin. Toujours en 2008, c'est la même ville qui lui décerne la récompense du Meilleur nouveau groupe.
Le deuxième album du groupe, Fits, bénéficie d'une publication européenne en juin 2009 puis à l'automne de la même année aux Etats-Unis (sous le label Downtown Records). Entre temps, son rock toujours aussi underground et psychédélique, sous influence seventies, est chaleureusement accueilli au Royaume-Uni. Un peu plus sûr de lui, White Denim recrute en 2010 un nouveau membre, le guitariste Austin Jenkins. Le désormais quatuor enregistre alors des morceaux avec un enthousiasme renouvelé : l'ensemble devient Last Day of Summer, mis à disposition sous forme de téléchargement gratuit sur le site de White Denim avant d'être publié physiquement en décembre 2011.
Le 24 mai 2011 paraît le troisième album officiel de White Denim. Simplement baptisé D, c'est le disque de la consécration critique pour le quatuor qui semble plus que jamais inspiré. Passant du folk seventies au punk pré-eighties avec une aisance déconcertante, porté par le charisme d'un Petralli aussi bon guitariste que chanteur, White Denim défend sa musique avec ardeur sur les scènes internationales. La même équipe travaille avec Jeff Tweedy (Wilco) à la production de l'album suivant Corsicana Lemonade (2013). Dans l'intervalle de la sortie, le guitariste Austin Jenkins et le batteur Josh Block quittent la formation pour rejoindre le groupe du chanteur Leon Bridges.
C'est un quatuor renouvelé comptant, outre Petralli et Terebecki, le guitariste Jonathon Horne et le batteur Jeff Olson qui joue sur Stiff (2016), produit par Ethan Johns. Deux ans plus tard, de nouveaux changements interviennent à l'occasion de l'enregistrement du huitième album Performance. Le duo fondateur est désormais épaulé par Michael Hunter et Conrad Choucroun.