长沙早在春秋时期，就是楚国雄踞南方的战略要地之一。汉朝的刘邦立国之后，于公元前206年改临湘为长沙，并设立汉朝的属国——长沙国，自此之后，长沙开始筑建城墙，并逐渐成为兵家必争之地。
长沙约有2400年建城史，在春秋战国时期始建城，属楚国。“长沙，楚之粟也。”楚成王时设置黔中郡，长沙为其辖域。秦始皇统一中国，长沙郡为秦36郡之一，这是长沙以中国行政区划名称载入史册的开始。两汉时期，长沙为长沙国的都城。东汉初期废“长沙国”改立长沙郡。
三国和西晋时期，长沙为郡治，属古荆州。西晋后期和南北朝时期，长沙为郡治和湘州制所。
隋前期撤郡，长沙为潭州总管府；后期改州为郡，长沙又为长沙郡郡治。唐朝时设潭州治所，曾属江南道，江南西道。唐朝五代时期的长沙窑，曾兴盛一时，成为釉下彩的发源地。五代十国时期长沙为楚国国都，这也是唯一以长沙为都城建立的国家。
宋时长沙为潭州治所。北宋设岳麓书院，将长沙的文化和教育推向鼎盛时期。元朝1274年时改为潭州路，湖广行省治所。1281年仍为潭州路，湖南道宣慰司治所，隶属湖广行省；元文宗天历二年因“天子临幸”而改名天临路，元末改潭州府治所。明初改为长沙府治所，隶属湖广布政使司。清朝康熙三年建“湖南省”，长沙同为长沙府府治和湖南省治。明清时长沙有四大米市和四大茶市之称，为中国最重要的米市之一。
清朝末年，曾国藩成为“湖南第一人”，当时的长沙府涌现出中国历史上重要的人物，如曾国荃、左宗棠、胡林翼等消灭太平天国，发动洋务运动，收复新疆等，对晚清的中国造成深远的影响。清朝末年到民国初期，长沙成为重要的政治和革命活动地。戊戌变法的陈宝箴、谭嗣同，在长沙兴办时务学堂。之后自立军起义、华兴会、公祭陈天华和姚宏业、浏萍醴起义、抢米风潮，都是很有影响力的活动。黄兴在清朝末年进行了一系列的反清活动，为中华民国的建立作出了重大贡献。
民国二十二年长沙县、市分治，设[长沙市]，为湖南省辖市，长沙一直作为湖南省会至今。
