武汉市的历史悠久。汉口一带古有夏汭、鄂渚之名。武汉地区考古发现的历史可以上溯距今6000年的新石器时代，其考古发现有东湖放鹰台遗址的含有稻壳的红烧土、石斧、石锛以及鱼叉。市郊黄陂区境内的盘龙城遗址是距今约3500年前的商朝方国宫城，是迄今中国发现及保存最完整的商氏古城。

春秋战国至元

春秋战国时期，以荆山为据点，武汉就成为楚国兴起的军事和经济中心。

现代武汉的城市起源，是东汉末年的位于今汉阳的却月城、鲁山城，和223年孙权在今武昌蛇山（时称黄鹄山）筑夏口城。东汉末年，地方军阀刘表派黄祖为江夏太守，将郡治设在位于今汉阳龟山的“却月城”中。“却月城”是武汉市区内已知的最早城堡。公元223年，孙权在武昌蛇山修筑夏口城，同时在城内的黄鹄矶上修筑了一座瞭望塔——黄鹤楼。苏轼在《前赤壁赋》中说的“西望夏口，东望武昌”中的夏口就是指武汉。当时的武昌是今天的鄂州。南朝时，夏口扩建为郢州，成为郢州的治所。

隋置江夏县和汉阳县，分别以武昌，汉阳为治所。唐时江夏(武昌)和汉阳分别升为鄂州和沔州的州治，成为长江沿岸的商业重镇。江城之称亦始于隋唐。两宋时武昌属鄂州，汉阳汉口属汉阳军。经过发掘，武汉出土了大量唐朝墓葬，在武昌马房山和岳家咀出土了灰陶四神砖以及灰陶十二生肖俑等。宋代武汉的制瓷业发达。在市郊江夏区梁子湖旁发现了宋代瓷窑群100多座，烧制的瓷器品种很多，釉色以青白瓷为主。南宋诗人陆游在经过武昌时，写下“市邑雄富，列肆繁错，城外南市亦数里，虽钱塘、建康不能过，隐然一大都会也”来描写武昌的繁华。南宋抗金将领岳飞驻防鄂州（今武昌）8年，在此兴师北伐。

元世祖至元十八年（1281年），武昌成为湖广行省的省治。这是武汉第一次成为一级行政单位（相当于现代的省一级）的治所。

明清

明太祖朱元璋起兵攻克武昌时，第六子朱桢出生，因而在朱桢长大后被明太祖分封到武昌做楚王，武昌因此得到扩建，成为南方最大的城池之一。在此后274年中，朱桢以后的历代楚王都选择在今市郊江夏区的龙泉山为陵地，使龙泉山形成了有“三龟九寝十二景”之称的古建筑墓群。

由于明成化年间汉水改道从龟山以北汇入长江，到嘉靖年间在汉水新河道北岸(凹岸)形成新兴的汉口镇，来自徽州、山西、陕西、江西等各帮商人纷纷前来经营，以盐、典当、米、木材、棉布、药材为六大行业，发展到上下二十里的规模，主要街道汉正街上起硚口，下到堤口(四官殿）。明末清初汉口与朱仙镇、景德镇、佛山镇同称天下“四大名镇”，成为“楚中第一繁盛”，成为中国全国性水陆交通枢纽，享有“九省通衢”美誉。货物山积，居民填溢，商贾辐辏。

晚清

1858年清朝与列强签订的不平等条约《天津条约》中增辟的11个通商口岸，包括汉口。1861年3月汉口正式开埠。在老汉口镇的下游沿长江先后开辟了汉口英租界、汉口德租界、汉口俄租界、汉口法租界和汉口日租界五国租界。以英国为首的各国外商经营长江航运和茶叶等农产品出口业务。汉口的对外贸易很快远远超过广州，几乎可以与上海并驾齐驱。一时间，汉口经济高度繁荣，有“东方芝加哥”之称。

1864年，汉口自西向东修建了一条城墙，上起硚口，下到一元路，称作后城。

1889年，张之洞担任湖广总督。在张之洞执政期间，大力推行洋务运动，特别是兴建汉阳铁厂、湖北枪炮厂，刺激了武汉近代工业兴起和城市商品经济的发展。张之洞在鄂期间，主持修建了芦汉铁路，兴办教育，创建了两湖书院等新式学堂，推动教育。武汉以其优越的地理条件和独特的经济地位成为中国内地的首要经济中心而名闻中外。

1905年，为了解除汉口后湖的水患，保障芦汉铁路的安全，张之洞筹措白银80万两，修筑了后湖长堤，建成后堤内干涸土地10万亩。为纪念张之洞，后湖长堤被武汉人称作“张公堤”。1907年，张之洞将后城城墙拆除，修建了上起硚口、下至江汉路的后城马路，成为汉口第一条近代马路，是今中山大道的前身。

甲午战争后，中国开展实业救国运动。1906年，宋炜臣等人在汉口创立了“既济水电股份有限公司”，是当时全国最大的民营公用水电企业。1909年，该公司为调节供水，在中山大道与江汉路交汇处修建了汉口水塔，成为当时武汉最高的建筑。

民国

1911年10月10日，辛亥革命首义于武昌，宣布脱离清朝，建立武昌起义军政府。
1912年，改江夏县为武昌县，废汉阳府留汉阳县，改夏口厅为夏口县。三镇鼎立，以武昌为湖北省省会 。
1914年属江汉道。
1926年，北伐军攻占武汉三镇，划武昌县城区为武昌市，改夏口县为汉口市，并辖汉阳县城 。
1927年元旦，国民政府自广州迁至武汉。1月5日，数十万群众冲击了汉口英租界，2月19日，国民政府正式收回该租界。4月，武昌市与汉口市(含汉阳县城）合并为武汉特别市 。
1927年四·一二事件后，中国共产党第五次全国代表大会在武汉召开。8月7日中国共产党八七会议在汉口召开，追究陈独秀的责任，决定中国共产党今后的斗争诉诸武力。
1928年5月18日，南京国民政府大学院（后改为教育部）决定建立国立武汉大学，从此武汉成为中国高等教育重要基地之一。
1931年夏，长江中游发生特大洪水，湖北省内多处长江干支流漫溢决口，致使武汉市被水淹长达100日之久。
1938年，中日双方投入百万兵力，进行长达数月的武汉会战。同年10月，武汉会战以中方失败告终，武汉沦陷。
1949年5月15日，国民党华中军政长官公署司令长官白崇禧乘飞机逃离武汉。16日中国共产党军队进入汉口市区，次日分别进入武昌市区和汉阳县。至此，武汉三镇均由共产党军队接管。22日中国共产党成立武汉市军事管制委员会。24日武汉市人民政府成立，次日中共武汉市委员会新建成立。合武昌市、汉口市和汉阳县城为武汉市，由中央直辖。

中华人民共和国

1954年武汉市由中央直辖改为湖北省省会。6月25日，武汉关26.30米警戒水位被洪水突破。8月18日，武汉关水位上涨到29.73米，为有水文纪录以来的历史最高值。10月3日洪水水位退至警戒线以下。此次特大洪水虽未导致武汉城区严重渍水，但武汉郊区及周边湖泊一片汪洋。
1955年9月25日，武汉长江大桥正桥全面施工。1957年10月15日武汉长江大桥通车，京汉铁路与粤汉铁路相连。
1984年5月21日，中共中央、国务院正式批准武汉市为经济体制综合改革试点城市。
1998年夏，长江中游发生特大洪水，经全省军民共同抢护防守数月后，武汉转危为安。10月，法国在武汉设立总领事馆。