早在6000年前的新石器時代，已有先民在此繁衍生息。
北郊的盤龍城遺址作為建城開端，距今有3500多年歷史。
商代屬中原王朝控制。
周代先后屬鄂國、鄖國和楚國，秦屬南郡。
地方建制始于漢代，漢高祖六年（前201）置江夏郡。
三國時吳黃武二年（223）建夏口城，初為吳屬武昌郡沙羨縣治。
此乃兵家必爭之地，在現主城區內開始形成城堡，成為地區政治中心。
晉代為荊州、沙羨縣、江夏郡等治所，爾后先后為南朝郢州、隋唐鄂州、宋鄂州路、元湖廣行中書省及武昌路、明湖廣承宣布政司、清湖廣總督及湖北藩臬各司署、明清武昌府及各朝江夏縣的治所，明楚王府所在地。
漢陽于東漢末建卻月城，至兩晉南北朝時期先后屬沙羨縣、汝南縣、沌陽縣，隋初改置漢陽縣，遂有“漢陽”之名，自唐迄清，先后為沔州、漢陽軍、漢陽府和漢陽縣治所。
1000多年來，漢陽、武昌長期為郡、州、路、府治所，“武漢”一詞即是明代對武昌、漢陽兩府城的合稱；近600年，武昌更是省級行政中心。
今之漢口，原與漢陽相連，是漢陽縣屬地。
即使在明成化年間漢水改道，兩地以河為界后，漢口也一直屬漢陽管轄，至清光緒二十五年（1899）設立夏口廳，漢口始與漢陽分治。
1912年，民國政府改江夏縣為武昌縣，改夏口廳為夏口縣，三鎮始以同級建制鼎立。
1926年國民政府設武昌市和漢口特別市，漢陽縣隸屬于漢口特別市。
1927年元旦，國民政府遷漢口辦公，合三鎮成立武漢市，稱“京兆區”。
旋又分治。
1949年后重以三鎮為武漢市。
20世紀50年代曾為中央直轄市，中共中央中南局、中南行政委員會（初名中南軍政委員會）和中共湖北省委、湖北省政府駐地。
1954年改為湖北省轄市，1959年原孝感專區所屬各縣劃歸武漢市，1961年仍劃歸孝感專區，1975年武昌、漢陽兩縣劃入，1983年黃陂、新洲兩縣和鄂州市左嶺鎮劃入，1986年國務院公布為國家歷史文化名城。
1992年、1995年、1998年，分別撤銷漢陽縣、武昌縣及黃陂縣、新洲縣建制，成立武漢市蔡甸區，江夏區及黃陂區、新洲區。
1994年2月設為副省級城市。
截至2018年12月31日，武漢市轄江岸區、江漢區、硚口區、漢陽區、武昌區、青山區、洪山區、東西湖區、漢南區、蔡甸區、江夏區、黃陂區、新洲區13區。