西安是國務院公布的首批國家歷史文化名城，歷史上有周、秦、漢、隋、唐等在內的13個朝代在此建都，是世界四大古都之壹，曾經作為中國首都和政治、經濟、文化中心長達1100多年。早在100萬年前，藍田古人類就在這裏建造了聚落；7000年前的仰韶文化時期，這裏已經出現了城垣的雛形；2008年，西安高陵楊官寨出土距今6000余年的新石器時代晚期城市遺跡，被選為當年中國考古發現之首，這是中國發現的迄今最早的城市遺址，也將西安地區城市歷史推進到6000多年前的新石器時代晚期。建國以來，世界上已經有200多位國家首腦和政要訪問古都西安，包括聯合國秘書長、美國總統、俄羅斯總統、德國總理、法國總統、英國女王、日本天皇、韓國總統等。
遠古時代，“藍田猿人”就在這裏繁衍生息；新石器“半坡先民”在此建立部落，半坡人的經濟生活中，農業生產占有很重要的地位，他們焚毀樹木，開墾農田，種植粟等旱地作物。當時人們從事生產活動所使用的工具是石頭、獸骨、鹿角和陶片等制造的。除糧食生產外，半坡人也已開始種植蔬菜。家畜飼養業在當時已出現了，當時養的牲畜有豬和狗兩種，以豬為主。打獵、捕魚也是當時壹項重要的生產活動。
1957年在考古發掘的基礎上，就地建成了西安半坡博物館，於1958年4月建成並正式對外開放，是中國第壹座新石器時代遺址博物館，也是新中國第壹座史前聚落遺址博物館。博物館面積約3000平方米，有半地穴式的房屋、窖穴、圈欄及起防護和泄洪作用的大圍溝等遺跡，比較完整的保留的半坡原始社會村落的原貌。
西安，在西周時稱為“豐鎬”。“豐鎬”，是周文王和周武王分別修建的豐京和鎬京的合稱。?西周伯姬昌（周文王）在今西安城西南營建豐京，將臣民從岐山周原遷於此。又命子姬發（周武王）在灃水東岸營建鎬京。後者為政治中心，前者為宗教、文化中心，合稱“宗周”，為西安建城之始。武王滅商建立周王朝後，以豐鎬為都，為西安作為都城之始。
西周初期的“成康之治”標誌著中國奴隸制社會進入鼎盛時期。公元前841年，鎬京“國人暴動”是中國歷史是最早的大規模群眾暴動驅逐國王事件。
都城鹹陽，阿房宮大部分面積在今西安市境內，兵馬俑和秦陵在今西安市境內（位於西安市臨潼區）。秦的宗廟在渭河南岸，荊軻刺秦王，就發生在秦章臺宮（後來的漢未央宮前殿）；廉頗藺相如，秦王坐章臺。秦代宮殿布局還沒有形成宮城、皇城和三大殿的布局。秦鹹陽城地跨渭河南北。
公元前202年，劉邦取得政權，在長安（今西安城西北郊漢城）建立西漢王朝。劉邦定都關中，取當地長安鄉之含意，立名“長安”，意即“長治久安”。
漢長安城位於渭河以南的關中平原上，面積約36平方公裏。在西漢時期，作為首都的長安城壹直是全國的政治、經濟和文化中心，也是中國歷史上第壹座規模龐大、居民眾多的城市。漢長安是在秦鹹陽遺址基礎上建立起來的，《史記》：“漢長安，秦鹹陽也”，張衡《西京賦》雲：西漢長安“乃覽秦制，跨周法”，《三輔黃圖·序》也雲：“武昭，治鹹陽，因以漢都”。《舊唐書 地理誌》說：“京師，故秦之鹹陽，漢之長安也。”秦鹹陽從惠文王以後，就不斷向南擴展，在渭河以南修建了章臺、興樂宮、甘泉宮、信宮、阿房宮及七廟等建築。劉邦奪得天下後，經婁敬、張良等的勸說，建都長安。修繕秦的興樂宮而改為長樂宮，在秦章臺基礎上建未央宮。即漢長安城是在秦都鹹陽基礎上建立的，說明在都城選址上是漢承秦制的。 漢朝宮闕均在今西安市漢城保護區內，位於北二環以北，而漢代的武帝文帝景帝陵墓，在今鹹陽市境內。絲綢之路開通後，長安成為東方文明的中心，史稱“西有羅馬，東有長安”。
西漢末年的公元9年，大司馬王莽正式稱帝，曾改都城長安為“常安”。
公元582年，隋文帝頒令在漢長安城東南的今西安城址營建新都大興城。隋開國之初，都城仍在長安舊城，因久經戰亂，殘破不堪。因此，隋文帝放棄龍首原以北的故長安城，於龍首原以南漢長安城東南選擇新址，建造新城大興城。
唐定都長安後，改隋大興城為長安城，並進行了增修和擴建。唐太宗貞觀八年（公元634年），在原外郭城東北龍首原上營建大明宮。之後年間又不斷修建城墻、城樓、興慶宮等建築。宮城完全與今西安市重合，皇宮與今西安市明城墻重合。唐代帝王陵，如昭陵、乾陵等則大部分在今鹹陽市境內。而在唐代，唐十八陵全部在京兆府的轄縣內，乾陵是京兆府奉天縣。
自隋文帝開皇二年（公元582年）開始，至唐高宗永徽五年（公元654年）基本就緒，歷時72年。城市面積84.1平方公裏，布局規劃整齊，東西嚴格對稱，分宮城、皇城和外廓城三大部分。城市結構布局充分體現了封建社會巔峰時期的宏大氣魄，在中國建築史、城市史上具有劃時代影響。
五代時，後梁改京兆府為雍州，設大安府，後唐改大安府為京兆府。宋代置陜西路，後置永興軍路。趙匡胤統壹中國後，曾經有意遷都長安，最後由於部下反對，只得放棄金代改永興軍路為京兆府路。
元初，長安城的範圍依然沿用韓建“新城”，並使用京兆府的名稱。至元九年（公元1272年），元世祖封其三子忙哥為安西王，鎮守其地，建安西王府。至元十六年（公元1279年）遂該京兆府為安西路。後來由於發生安西王叛亂，安西國被撤。皇慶元年（公元1312年），又改安西路為奉元路。據李好文在《長安誌圖》中所繪《奉元城圖》，四面僅各壹門，南門偏東，北門偏西，東西兩門也不對稱，城內建築也無對稱格局。市場集中在城內西北隅，有馬市、羊市和秦川驛等。東北隅有太子府（明秦王府）、城隍廟、察院等。馬可波羅於至元十二年（1275年）遊歷於此，寫到：“城甚壯麗，為京兆國之都會……此城工商繁盛，產絲多，居人以制種種金錦絲絹……凡人生必需之物，城中皆有，價值甚賤。”
明代形成了今天西安的格局，西安的名稱也源於明代。明洪武二年（公元1369年）三月，大將軍徐達進兵奉元路，明朝政府即改奉元路為西安府。
洪武三年（公元1370年），朱元璋封次子朱樉為秦王。同年西安府城東北隅開始營建秦王府。秦王府時稱“王城”，後訛為“皇城”，明洪武七年至十壹年新修了城垣，洪武十三年（公元1380年）和洪武十七年（公元1384年）分別修建鼓樓鐘樓，其位置也與元代的敬時樓和鐘樓無異。
洪武二十四年（公元1391年）朱標西巡西安後，曾經提議遷都西安，不過他回到南京之後便病死。
清代西安城內設置依舊，但在城東北修建壹座滿族駐防城，在城東南修建了漢軍駐防城，以及增加了鐘樓西南的總督布院署等。庚子之變時，慈禧和光緒西逃駐蹕西安長達壹年時間。
1911年10月22日，在辛亥革命爆發後西安也爆發了武裝起義，占到總城面積約四分之壹的滿城被起義軍攻陷並焚毀，成為西安城內的壹處死角。
1921年馮玉祥第壹次督陜，在原秦王府城（八旗教場）修改房屋，駐紮軍隊。
抗戰前夕，國民政府曾經建立國民政府西京籌備委員會。
抗戰時期河南等地失守，大批難民沿隴海路湧入西安，主要集中在火車站和尚仁路（今解放路）壹帶。尚仁路迅速發展成為新的商業區，西安城內的商業重心也開始集中到了城市的東部。
在中***長征之後，陜北地區成了蘇區，西安成為國民黨的重要前線，在此發生了西安事變。
1949年5月20日西安解放，屬陜甘寧邊區轄市。
1950年改由西北軍政委員會領導，1953年1月27日西北軍政委員會改為西北行政委員會管轄，西安市屬西北行政委員會。
1953年3月12日，改為中央直轄市，為全國12個中央直轄市之壹；1954年6月19日改為省轄市。