西安是国务院公布的首批国家历史文化名城，历史上有周、秦、汉、隋、唐等在内的13个朝代在此建都，是世界四大古都之一，曾经作为中国首都和政治、经济、文化中心长达1100多年。早在100万年前，蓝田古人类就在这里建造了聚落；7000年前的仰韶文化时期，这里已经出现了城垣的雏形；2008年，西安高陵杨官寨出土距今6000余年的新石器时代晚期城市遗迹，被选为当年中国考古发现之首，这是中国发现的迄今最早的城市遗址，也将西安地区城市历史推进到6000多年前的新石器时代晚期。建国以来，世界上已经有200多位国家首脑和政要访问古都西安，包括联合国秘书长、美国总统、俄罗斯总统、德国总理、法国总统、英国女王、日本天皇、韩国总统等。
远古时代，“蓝田猿人”就在这里繁衍生息；新石器“半坡先民”在此建立部落，半坡人的经济生活中，农业生产占有很重要的地位，他们焚毁树木，开垦农田，种植粟等旱地作物。当时人们从事生产活动所使用的工具是石头、兽骨、鹿角和陶片等制造的。除粮食生产外，半坡人也已开始种植蔬菜。家畜饲养业在当时已出现了，当时养的牲畜有猪和狗两种，以猪为主。打猎、捕鱼也是当时一项重要的生产活动。
1957年在考古发掘的基础上，就地建成了西安半坡博物馆，于1958年4月建成并正式对外开放，是中国第一座新石器时代遗址博物馆，也是新中国第一座史前聚落遗址博物馆。博物馆面积约3000平方米，有半地穴式的房屋、窖穴、圈栏及起防护和泄洪作用的大围沟等遗迹，比较完整的保留的半坡原始社会村落的原貌。
西安，在西周时称为“丰镐”。“丰镐”，是周文王和周武王分别修建的丰京和镐京的合称。 西周伯姬昌（周文王）在今西安城西南营建丰京，将臣民从岐山周原迁于此。又命子姬发（周武王）在沣水东岸营建镐京。后者为政治中心，前者为宗教、文化中心，合称“宗周”，为西安建城之始。武王灭商建立周王朝后，以丰镐为都，为西安作为都城之始。
西周初期的“成康之治”标志着中国奴隶制社会进入鼎盛时期。公元前841年，镐京“国人暴动”是中国历史是最早的大规模群众暴动驱逐国王事件。
都城咸阳，阿房宫大部分面积在今西安市境内，兵马俑和秦陵在今西安市境内（位于西安市临潼区）。秦的宗庙在渭河南岸，荆轲刺秦王，就发生在秦章台宫（后来的汉未央宫前殿）；廉颇蔺相如，秦王坐章台。秦代宫殿布局还没有形成宫城、皇城和三大殿的布局。秦咸阳城地跨渭河南北。
公元前202年，刘邦取得政权，在长安（今西安城西北郊汉城）建立西汉王朝。刘邦定都关中，取当地长安乡之含意，立名“长安”，意即“长治久安”。
汉长安城位于渭河以南的关中平原上，面积约36平方公里。在西汉时期，作为首都的长安城一直是全国的政治、经济和文化中心，也是中国历史上第一座规模庞大、居民众多的城市。汉长安是在秦咸阳遗址基础上建立起来的，《史记》：“汉长安，秦咸阳也”，张衡《西京赋》云：西汉长安“乃览秦制，跨周法”，《三辅黄图·序》也云：“武昭，治咸阳，因以汉都”。《旧唐书地理志》说：“京师，故秦之咸阳，汉之长安也。”秦咸阳从惠文王以后，就不断向南扩展，在渭河以南修建了章台、兴乐宫、甘泉宫、信宫、阿房宫及七庙等建筑。刘邦夺得天下后，经娄敬、张良等的劝说，建都长安。修缮秦的兴乐宫而改为长乐宫，在秦章台基础上建未央宫。即汉长安城是在秦都咸阳基础上建立的，说明在都城选址上是汉承秦制的。汉朝宫阙均在今西安市汉城保护区内，位于北二环以北，而汉代的武帝文帝景帝陵墓，在今咸阳市境内。丝绸之路开通后，长安成为东方文明的中心，史称“西有罗马，东有长安”。
西汉末年的公元9年，大司马王莽正式称帝，曾改都城长安为“常安”。
公元582年，隋文帝颁令在汉长安城东南的今西安城址营建新都大兴城。隋开国之初，都城仍在长安旧城，因久经战乱，残破不堪。因此，隋文帝放弃龙首原以北的故长安城，于龙首原以南汉长安城东南选择新址，建造新城大兴城。
唐定都长安后，改隋大兴城为长安城，并进行了增修和扩建。唐太宗贞观八年（公元634年），在原外郭城东北龙首原上营建大明宫。之后年间又不断修建城墙、城楼、兴庆宫等建筑。宫城完全与今西安市重合，皇宫与今西安市明城墙重合。唐代帝王陵，如昭陵、乾陵等则大部分在今咸阳市境内。而在唐代，唐十八陵全部在京兆府的辖县内，乾陵是京兆府奉天县。
自隋文帝开皇二年（公元582年）开始，至唐高宗永徽五年（公元654年）基本就绪，历时72年。城市面积84.1平方公里，布局规划整齐，东西严格对称，分宫城、皇城和外廓城三大部分。城市结构布局充分体现了封建社会巅峰时期的宏大气魄，在中国建筑史、城市史上具有划时代影响。
五代时，后梁改京兆府为雍州，设大安府，后唐改大安府为京兆府。宋代置陕西路，后置永兴军路。赵匡胤统一中国后，曾经有意迁都长安，最后由于部下反对，只得放弃金代改永兴军路为京兆府路。
元初，长安城的范围依然沿用韩建“新城”，并使用京兆府的名称。至元九年（公元1272年），元世祖封其三子忙哥为安西王，镇守其地，建安西王府。至元十六年（公元1279年）遂该京兆府为安西路。后来由于发生安西王叛乱，安西国被撤。皇庆元年（公元1312年），又改安西路为奉元路。据李好文在《长安志图》中所绘《奉元城图》，四面仅各一门，南门偏东，北门偏西，东西两门也不对称，城内建筑也无对称格局。市场集中在城内西北隅，有马市、羊市和秦川驿等。东北隅有太子府（明秦王府）、城隍庙、察院等。马可波罗于至元十二年（1275年）游历于此，写到：“城甚壮丽，为京兆国之都会……此城工商繁盛，产丝多，居人以制种种金锦丝绢……凡人生必需之物，城中皆有，价值甚贱。”
明代形成了今天西安的格局，西安的名称也源于明代。明洪武二年（公元1369年）三月，大将军徐达进兵奉元路，明朝政府即改奉元路为西安府。
洪武三年（公元1370年），朱元璋封次子朱樉为秦王。同年西安府城东北隅开始营建秦王府。秦王府时称“王城”，后讹为“皇城”，明洪武七年至十一年新修了城垣，洪武十三年（公元1380年）和洪武十七年（公元1384年）分别修建鼓楼钟楼，其位置也与元代的敬时楼和钟楼无异。
洪武二十四年（公元1391年）朱标西巡西安后，曾经提议迁都西安，不过他回到南京之后便病死。
清代西安城内设置依旧，但在城东北修建一座满族驻防城，在城东南修建了汉军驻防城，以及增加了钟楼西南的总督布院署等。庚子之变时，慈禧和光绪西逃驻跸西安长达一年时间。
1911年10月22日，在辛亥革命爆发后西安也爆发了武装起义，占到总城面积约四分之一的满城被起义军攻陷并焚毁，成为西安城内的一处死角。
1921年冯玉祥第一次督陕，在原秦王府城（八旗教场）修改房屋，驻扎军队。
抗战前夕，国民政府曾经建立国民政府西京筹备委员会。
抗战时期河南等地失守，大批难民沿陇海路涌入西安，主要集中在火车站和尚仁路（今解放路）一带。尚仁路迅速发展成为新的商业区，西安城内的商业重心也开始集中到了城市的东部。
在中共长征之后，陕北地区成了苏区，西安成为国民党的重要前线，在此发生了西安事变。
1949年5月20日西安解放，属陕甘宁边区辖市。
1950年改由西北军政委员会领导，1953年1月27日西北军政委员会改为西北行政委员会管辖，西安市属西北行政委员会。
1953年3月12日，改为中央直辖市，为全国12个中央直辖市之一；1954年6月19日改为省辖市。
