武汉历史悠久，早在距今8000～6000年前的新石器时代早、中期，先民们就在这水网之域繁衍生息。位于黄陂区盘龙湖畔的盘龙城，筑于商代，距今约有3500年的历史。自汉以来经南北朝至元、明，武汉逐渐发展为水陆交通枢纽、商贾辐辏。明成化年间，汉水主道改由龟山北入长江，由此而形成汉口新镇，奠定了武汉三镇的地理基础。明末清初，汉口以商业大镇卓立华中，与北京、苏州、佛州并称“天下四聚”，又与朱仙镇、景德镇、佛山镇同称天下“四大名镇”，成为“楚中第一繁盛处”。清康熙四年（1665年），清政府在汉阳门外白鳝庙下设“常关”，征收国内商货通过税。1858年《天津条约》签订后，汉口被辟为对外通商口岸。1861年3月，汉口正式对外开埠。清光绪二十五年（1899年）分汉水以北地置夏口厅，治所即今汉口。

1911年10月10日，资产阶级领导的辛亥革命在武汉爆发，建立了湖北军政府，推翻了中国最后一个封建王朝。1926年12月，国民政府迁都武汉。1927年元月，汉口、武昌合并为武汉市，划为京兆区。

1949年5月16日，武汉解放，武汉市正式建置。三镇合并建制为中央直辖市。1954年6月改为湖北省辖的省会城市。1975年12月原属孝感专区的武昌、汉阳两县划归武汉市管辖。1983年8月，增辖黄陂、新洲两县。1984年5月被中共中央、国务院批准为经济体制综合改革试点城市、计划单列市。1992年7月被国务院批准为对外开放城市。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，分别成立武汉市蔡甸区，江夏区及黄陂区、新洲区。

2007年12月经国务院同意，国家发改委发文批准设立武汉城市圈为全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革实验区。2010年1月，武汉东湖新技术开发区（简称东湖高新区）成为继中关村后中国第二个“国家自主创新示范区”，也是中部地区首个国家自主创新示范区。2010年11月，武汉吴家山经济开发区升级为国家级经济技术开发区，2013年3月，武汉吴家山经济开发区更名为武汉临空港经济技术开发区。至此，武汉市正式形成了依托三大国家级经济开发区，三镇鼎足开发的局面。

2016年，《促进中部地区崛起“十三五”规划》明确支持武汉建设国家中心城市。同年，《武汉市系统推进全面创新改革试验方案》正式获国务院批复。6月，国家《长江经济带发展规划纲要》正式印发，重点布局三大城市群，将武汉列为超大城市，打造为长江经济带三大增长极之一。