武汉地区考古发现的历史可以上溯到距今8000年—6000年前的新石器时代早、中期，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。市郊黄陂境内的张西湾古城遗址为4300年前古人类生活的重要遗存。盘龙城遗址是距今约3500年前的商朝方国宫城。春秋战国时期，武汉属楚国管辖。
武汉地方建制始于西汉，为江夏郡沙羡县地。东汉末年，在今汉阳先后兴建却月城和鲁山城，在今武昌蛇山兴建夏口城。时荆州牧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"遂成为武汉市区内已知的最早城堡。吴黄武二年(223年)，东吴孙权在武昌蛇山修筑夏口城，同时在城内的黄鹄矶上修筑瞭望塔，取名黄鹤楼。南朝时，夏口扩建为郢州，成为郢州的治所。
隋朝置江夏县和汉阳县，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。唐朝诗人李白曾在此写下"黄鹤楼中吹玉笛，江城五月落梅花"，因此武汉自古又称江城。此后经宋以迄明、清，均为历代州府治所。
两宋时武昌属鄂州，汉阳、汉口属汉阳军。南宋抗金将领岳飞驻防鄂州(今武昌)八年，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。
明代，朱元璋第六子朱桢被分封到武昌做楚王。由于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，奠定了武汉三镇的地理基础。明末清初，汉口与北京、苏州、佛山并称"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"，为全国性水陆交通枢纽，享有"九省通衢"的美誉。
清咸丰八年(1858年)，清政府与英国签订不平等条约《天津条约》，汉口被辟为对外通商口岸。咸丰十一年(1861年)3月，汉口正式开埠。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，这些租界独立于中国政府管辖之外，在界内分别设置工部局、巡捕房、领事法院(庭)等迥异于中国政治体制的管理机构。光绪二十五年(1899年)，分汉水以北地置夏口厅，治所即今汉口。至此，汉口与汉阳城区、武昌城区统称"三镇"。宣统三年(1911年)10月10日，辛亥革命首义于武昌，宣布脱离清朝，成立中华民国，建立中华民国军政府，武汉成为革命中心。
民国元年(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。民国三年(1914年)，同属江汉道。据民国九年(1920年)5月16日《日日新闻》：当时汉口人口为40万人，汉阳8万人，武昌31万人。民国十三年(1924年)，湖北省在武昌设立市政筹备处。民国十五年(1926年)，改武昌县城区为武昌市(12月成立市政厅)，夏口县与汉阳县城区并为汉口市。
民国十六年(1927年)1月1日，国民党中央临时联席会议宣布，国民政府在汉口开始办公。武昌、汉口、汉阳三镇合为京兆区，定名"武汉"，作为中华民国临时首都。4月16日，武汉市政委员会成立，武昌市政厅撤销;三镇首次统一行政建制。民国十八年(1929年)武汉分治，武昌、汉阳县城划出，汉口仍为特别市。汉口为省辖市，民国二十一年(1932年)改为特别市。
民国十八年(1929年)6月21日，湖北省政府组建武昌市政委员会。民国二十年(1931年)4月，武昌市政委员会改为武昌市政筹备处。1945年抗日战争胜利，武汉光复。 民国三十五年(1946年)10月1日，武昌市政府成立，市辖区域面积66平方千米，人口176379人，市区范围东北至任家路，西南至白沙洲，东南至洪山口，西北至长江中线，辖中正、大朝街、宾阳、粮道街、胡林翼、积玉桥、金白洲、徐家棚8个镇公所。12月1日，将镇公所改区。民国三十五年(1946年)，汉阳城区划归武昌市管辖。
民国三十八年(1949年)5月16日上午，中国人民解放军第四野战军一一八师解放汉口，17日，四野一五三师从葛店进入武昌市区，武昌解放，同日下午，江汉军区独一旅从蔡甸进入汉阳城区，汉阳解放。 同年合武昌市、汉口市和汉阳县城为武汉市，由中央人民政府直辖。
