古为羌地，西汉时置军事和邮传据点西平亭，神爵初属金城郡临羌县。武帝元狩二年（公元前121年），汉军西进湟水流域，汉将霍去病修建军事据点西平亭，这是西宁建制之始。东汉建安中置西平郡，治西都县（今西宁市）。（或说，）魏文帝黄初三年（公元222年）扩建为西平郡，开始在此筑城。北宋崇宁三年（公元1104年）改为西宁州，至此“西宁”之称始于见史。民国十八年（1929年）青海正式建省，治西宁县，民国三十五年（1946年）以省垣周围正式成立西宁市。
1949年9月5日西宁解放，9月8日成立市人民政府，为青海省辖市。1950年西宁市为青海省人民政府驻地。 1960年原由省直辖的湟中、大通2县和互助土族自治县划归西宁市领导。1962年湟中、大通2县和互助土族自治县改由省直辖。1966年大通县（驻桥头）交由西宁市领导。1985年11月6日，国务院批准（国函[1985]163号）撤销大通县，设立大通回族土族自治县，以原大通县的行政区域为大通回族土族自治县的行政区域。1986年3月5日，国务院批准（国函[1996]30号）：（1）将西宁市城西区分设为城西、城北两个区。（2）撤销西宁市郊区，将原郊区所辖的7个乡分别划归城东、城中、城西、城北4个区管辖。1999年12月5日，国务院批准（国函[1999]142号）将海东地区的湟中县、湟源县划归西宁市管辖。
1999年末，西宁市总面积3456平方千米，总人口148.62万人。辖4区（城东区、城中区、城西区、城北区）、1县（大通回族自治县），共有23个街道、11个镇、22个乡，370个村委会、216个居委会、104个家委会。其中，市区面积350平方千米，建成区面积55平方千米，市区人口91.91万人。（青海省志：1999年末，总面积3350平方千米，总人口1139847人，其中市区面积约350平方千米，人口719420人）（以上统计资料不含湟中、湟源两县数据）
2000年第五次人口普查，西宁市总人口1849713人，其中：城东区270268人、城中区148521人、城西区225412人、城北区210265人、大通县416968人、湟中县448465人、湟源县129814人。
2001年1月16日，青海省政府青政函[2001]7号文批复：①撤销大通回族土族自治县新庄乡，设立新庄镇；撤销多林乡，设立多林镇；撤销长宁和后子河2乡，合并设立长宁镇；撤销清平乡，并入黄家寨镇；撤销岗冲和景阳2乡，合并设立景阳镇；撤销药草乡，并入塔尔镇；撤销新城乡和无朔镇，将其中6个村（老营庄、毛家寨、贺家寨、毛家沟、大湾、水泉湾）并入桥头镇，另4个村（新添堡、上堡、鲍东、鲍西）并入长宁镇。②撤销湟中县上五庄回族乡，设立上五庄镇；撤销总寨和升平2乡，其中将总寨乡的18个村（王斌堡、张家庄、清河、清水河、总南、总北、谢家寨、杜家庄、泉尔湾、新庄、王家山、逯家寨、新安、星家、元堡子、享堂、塘马坊、陈家窑）和升平乡的5个村（莫家沟、上细沟、下细沟、上野牛沟、下野牛沟）合并设立总寨镇；撤销坡家和甘河滩2乡，与大才乡的黄二村合并设立甘河滩镇；撤销拦隆口、四营和拉沙3乡，其中将拦隆口乡的25个村（拦隆口、扎什营、新村、巴达、班仲营、端巴营、西岔、上鲁尔加、下鲁尔加、白杨口、东拉科、南门、上庄、前庄、中庄、尼隆台、卡阳、白崖、尼隆口、桥西、千东、千西、上寺、铁家营、上营）、四营乡的11个村（伯什营、麻子营、白崖、拦一、拦二、尼麻隆、图巴营、合尔营、后河尔、上红土沟、下红土沟）和拉沙乡的7个村（红林、邦隆、南门、占岭顶、民联、峡口、民族）合并设立拦隆口镇；撤销上新庄乡和马场藏族乡、合并设立上新庄镇；撤销田家寨和什张家2乡，合并设立田家寨镇；撤销共和、维新和盘道3乡，合并设立共和镇；撤销李家山乡，与四营乡的塔尔沟村合并设立李家山镇。③撤销湟源县大华乡，设立大华镇。④将湟中县总寨乡的4个村（徐家寨、东村、西村、陈家滩）并入鲁沙尔镇；拉沙乡的8个村（北沟、中村、杨家台、年家庄、尕尔加、目尔加、洛尔洞、拉卡山）和拦隆口乡的8个村（合尔营、奔巴口、丹麻寺、油房台、玉拉、幸福、沙窝尔、初哇）并入多巴镇；升平乡的4个村（上阿卡、下阿卡、秋子沟、牙加）并入土门关乡。
2001年末，全市辖23个街道、26个镇、26个乡、6个民族乡，128个社区、28个居委会、926个村（牧）委会。
2003年末，全市总人口1783713人。辖23个街道、26个镇、24个乡、6个民族乡，934个村（牧）委会、165个社区居委会。
2004年7月，西宁市城北区区划调整，街道办事处由4个调整为3个：撤销三其街道，并入马坊街道。
2006年8月，西宁市新增1个镇，全市乡镇总数由56个（26镇30乡）调整为50个（27镇23乡）。湟中县撤销西堡乡，设立西堡镇；撤销大源乡，并入鲁沙尔镇；撤销丹麻乡，并入田家寨镇。湟源县撤销塔湾乡，并入申中乡；撤销城郊乡，分别并入城关镇、东峡乡、和平乡。大通县撤销西山乡，并入青山乡；撤销窎沟乡，并入朔北藏族乡。
2008年，西宁市委、市政府决定将城南新区（包括总寨镇101平方千米行政区域和城西区南川西路办事处26平方千米行政区域）纳入城中区管辖，调整后的新中区面积增至151平方千米，人口约28万人。
2010年第六次人口普查，西宁市常住总人口2208708人，其中，城东区359688人，城中区296987人，城西区242627人，城北区299002人，大通回族土族自治县435937人，湟中县437835人，湟源县136632人。
2019年11月6日，《国务院关于同意青海省调整西宁市部分行政区划的批复》（国函〔2019〕106号）：同意撤销湟中县，设立西宁市湟中区，以原湟中县的行政区域为湟中区的行政区域，湟中区人民政府驻鲁沙尔镇和平路133号。湟中区政府于2020年7月22日正式挂牌成立。