早在6000年前的新石器时代，已有先民在此繁衍生息。
北郊的盘龙城遗址作为建城开端，距今有3500多年历史。
商代属中原王朝控制。
周代先后属鄂国、郧国和楚国，秦属南郡。
地方建制始于汉代，汉高祖六年（前201）置江夏郡。
三国时吴黄武二年（223）建夏口城，初为吴属武昌郡沙羡县治。
此乃兵家必争之地，在现主城区内开始形成城堡，成为地区政治中心。
晋代为荆州、沙羡县、江夏郡等治所，尔后先后为南朝郢州、隋唐鄂州、宋鄂州路、元湖广行中书省及武昌路、明湖广承宣布政司、清湖广总督及湖北藩臬各司署、明清武昌府及各朝江夏县的治所，明楚王府所在地。
汉阳于东汉末建却月城，至两晋南北朝时期先后属沙羡县、汝南县、沌阳县，隋初改置汉阳县，遂有“汉阳”之名，自唐迄清，先后为沔州、汉阳军、汉阳府和汉阳县治所。
1000多年来，汉阳、武昌长期为郡、州、路、府治所，“武汉”一词即是明代对武昌、汉阳两府城的合称；近600年，武昌更是省级行政中心。
今之汉口，原与汉阳相连，是汉阳县属地。
即使在明成化年间汉水改道，两地以河为界后，汉口也一直属汉阳管辖，至清光绪二十五年（1899）设立夏口厅，汉口始与汉阳分治。
1912年，民国政府改江夏县为武昌县，改夏口厅为夏口县，三镇始以同级建制鼎立。
1926年国民政府设武昌市和汉口特别市，汉阳县隶属于汉口特别市。
1927年元旦，国民政府迁汉口办公，合三镇成立武汉市，称“京兆区”。
旋又分治。
1949年后重以三镇为武汉市。
20世纪50年代曾为中央直辖市，中共中央中南局、中南行政委员会（初名中南军政委员会）和中共湖北省委、湖北省政府驻地。
1954年改为湖北省辖市，1959年原孝感专区所属各县划归武汉市，1961年仍划归孝感专区，1975年武昌、汉阳两县划入，1983年黄陂、新洲两县和鄂州市左岭镇划入，1986年国务院公布为国家历史文化名城。
1992年、1995年、1998年，分别撤销汉阳县、武昌县及黄陂县、新洲县建制，成立武汉市蔡甸区，江夏区及黄陂区、新洲区。
1994年2月设为副省级城市。
截至2018年12月31日，武汉市辖江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌区、青山区、洪山区、东西湖区、汉南区、蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区13区。