武漢市的歷史悠久。漢口一帶古有夏汭、鄂渚之名。武漢地區考古發現的歷史可以上溯距今6000年的新石器時代，其考古發現有東湖放鷹臺遺址的含有稻殼的紅燒土、石斧、石錛以及魚叉。市郊黃陂區境內的盤龍城遺址是距今約3500年前的商朝方國宮城，是迄今中國發現及保存最完整的商氏古城。

春秋戰國至元

春秋戰國時期，以荊山為據點，武漢就成為楚國興起的軍事和經濟中心。

現代武漢的城市起源，是東漢末年的位于今漢陽的卻月城、魯山城，和223年孫權在今武昌蛇山（時稱黃鵠山）筑夏口城。東漢末年，地方軍閥劉表派黃祖為江夏太守，將郡治設在位于今漢陽龜山的“卻月城”中。“卻月城”是武漢市區內已知的最早城堡。公元223年，孫權在武昌蛇山修筑夏口城，同時在城內的黃鵠磯上修筑了一座瞭望塔——黃鶴樓。蘇軾在《前赤壁賦》中說的“西望夏口，東望武昌”中的夏口就是指武漢。當時的武昌是今天的鄂州。南朝時，夏口擴建為郢州，成為郢州的治所。

隋置江夏縣和漢陽縣，分別以武昌，漢陽為治所。唐時江夏(武昌)和漢陽分別升為鄂州和沔州的州治，成為長江沿岸的商業重鎮。江城之稱亦始于隋唐。兩宋時武昌屬鄂州，漢陽漢口屬漢陽軍。經過發掘，武漢出土了大量唐朝墓葬，在武昌馬房山和岳家咀出土了灰陶四神磚以及灰陶十二生肖俑等。宋代武漢的制瓷業發達。在市郊江夏區梁子湖旁發現了宋代瓷窯群100多座，燒制的瓷器品種很多，釉色以青白瓷為主。南宋詩人陸游在經過武昌時，寫下“市邑雄富，列肆繁錯，城外南市亦數里，雖錢塘、建康不能過，隱然一大都會也”來描寫武昌的繁華。南宋抗金將領岳飛駐防鄂州（今武昌）8年，在此興師北伐。

元世祖至元十八年（1281年），武昌成為湖廣行省的省治。這是武漢第一次成為一級行政單位（相當于現代的省一級）的治所。

明清

明太祖朱元璋起兵攻克武昌時，第六子朱楨出生，因而在朱楨長大后被明太祖分封到武昌做楚王，武昌因此得到擴建，成為南方最大的城池之一。在此后274年中，朱楨以后的歷代楚王都選擇在今市郊江夏區的龍泉山為陵地，使龍泉山形成了有“三龜九寢十二景”之稱的古建筑墓群。

由于明成化年間漢水改道從龜山以北匯入長江，到嘉靖年間在漢水新河道北岸(凹岸)形成新興的漢口鎮，來自徽州、山西、陜西、江西等各幫商人紛紛前來經營，以鹽、典當、米、木材、棉布、藥材為六大行業，發展到上下二十里的規模，主要街道漢正街上起硚口，下到堤口(四官殿）。明末清初漢口與朱仙鎮、景德鎮、佛山鎮同稱天下“四大名鎮”，成為“楚中第一繁盛”，成為中國全國性水陸交通樞紐，享有“九省通衢”美譽。貨物山積，居民填溢，商賈輻輳。

晚清

1858年清朝與列強簽訂的不平等條約《天津條約》中增辟的11個通商口岸，包括漢口。1861年3月漢口正式開埠。在老漢口鎮的下游沿長江先后開辟了漢口英租界、漢口德租界、漢口俄租界、漢口法租界和漢口日租界五國租界。以英國為首的各國外商經營長江航運和茶葉等農產品出口業務。漢口的對外貿易很快遠遠超過廣州，幾乎可以與上海并駕齊驅。一時間，漢口經濟高度繁榮，有“東方芝加哥”之稱。

1864年，漢口自西向東修建了一條城墻，上起硚口，下到一元路，稱作后城。

1889年，張之洞擔任湖廣總督。在張之洞執政期間，大力推行洋務運動，特別是興建漢陽鐵廠、湖北槍炮廠，刺激了武漢近代工業興起和城市商品經濟的發展。張之洞在鄂期間，主持修建了蘆漢鐵路，興辦教育，創建了兩湖書院等新式學堂，推動教育。武漢以其優越的地理條件和獨特的經濟地位成為中國內地的首要經濟中心而名聞中外。

1905年，為了解除漢口后湖的水患，保障蘆漢鐵路的安全，張之洞籌措白銀80萬兩，修筑了后湖長堤，建成后堤內干涸土地10萬畝。為紀念張之洞，后湖長堤被武漢人稱作“張公堤”。1907年，張之洞將后城城墻拆除，修建了上起硚口、下至江漢路的后城馬路，成為漢口第一條近代馬路，是今中山大道的前身。

甲午戰爭后，中國開展實業救國運動。1906年，宋煒臣等人在漢口創立了“既濟水電股份有限公司”，是當時全國最大的民營公用水電企業。1909年，該公司為調節供水，在中山大道與江漢路交匯處修建了漢口水塔，成為當時武漢最高的建筑。

民國

1911年10月10日，辛亥革命首義于武昌，宣布脫離清朝，建立武昌起義軍政府。
1912年，改江夏縣為武昌縣，廢漢陽府留漢陽縣，改夏口廳為夏口縣。三鎮鼎立，以武昌為湖北省省會 。
1914年屬江漢道。
1926年，北伐軍攻占武漢三鎮，劃武昌縣城區為武昌市，改夏口縣為漢口市，并轄漢陽縣城 。
1927年元旦，國民政府自廣州遷至武漢。1月5日，數十萬群眾沖擊了漢口英租界，2月19日，國民政府正式收回該租界。4月，武昌市與漢口市(含漢陽縣城）合并為武漢特別市 。
1927年四·一二事件后，中國共產黨第五次全國代表大會在武漢召開。8月7日中國共產黨八七會議在漢口召開，追究陳獨秀的責任，決定中國共產黨今后的斗爭訴諸武力。
1928年5月18日，南京國民政府大學院（后改為教育部）決定建立國立武漢大學，從此武漢成為中國高等教育重要基地之一。
1931年夏，長江中游發生特大洪水，湖北省內多處長江干支流漫溢決口，致使武漢市被水淹長達100日之久。
1938年，中日雙方投入百萬兵力，進行長達數月的武漢會戰。同年10月，武漢會戰以中方失敗告終，武漢淪陷。
1949年5月15日，國民黨華中軍政長官公署司令長官白崇禧乘飛機逃離武漢。16日中國共產黨軍隊進入漢口市區，次日分別進入武昌市區和漢陽縣。至此，武漢三鎮均由共產黨軍隊接管。22日中國共產黨成立武漢市軍事管制委員會。24日武漢市人民政府成立，次日中共武漢市委員會新建成立。合武昌市、漢口市和漢陽縣城為武漢市，由中央直轄。

中華人民共和國

1954年武漢市由中央直轄改為湖北省省會。6月25日，武漢關26.30米警戒水位被洪水突破。8月18日，武漢關水位上漲到29.73米，為有水文紀錄以來的歷史最高值。10月3日洪水水位退至警戒線以下。此次特大洪水雖未導致武漢城區嚴重漬水，但武漢郊區及周邊湖泊一片汪洋。
1955年9月25日，武漢長江大橋正橋全面施工。1957年10月15日武漢長江大橋通車，京漢鐵路與粵漢鐵路相連。
1984年5月21日，中共中央、國務院正式批準武漢市為經濟體制綜合改革試點城市。
1998年夏，長江中游發生特大洪水，經全省軍民共同搶護防守數月后，武漢轉危為安。10月，法國在武漢設立總領事館。