西安，古称长安，又曾称西都、西京、大兴城、京兆城、奉元城等。先后有西周、秦、西汉、新、西晋（愍帝）、前赵、前秦、后秦、西魏、北周、隋、唐等12个王朝在这里建都达1100余年之久。
秦武公十一年（前687）在所灭汤杜国设杜县，是中国最早设县之一。此外，秦代设蓝田、芷阳（在今临潼县）、栎阳（在今阎良区）、高陵、户县，均在统一全国实行郡县制之前。西汉初将秦内史地分为3郡，不久合为内史。汉武帝时将左右内史地设立京兆尹、左冯翊、右扶风3郡，今市辖境大多在京兆尹。汉代县名有所改变，并增设长安、周至和新丰等县。
汉代以后，京兆尹改为京兆郡。北周时为加强京城的行政管理，划长安城中线以东析设万年县，形成万年（后改名咸宁）、长安两县东西分治长安城的局面，一直沿续到民国2年（1913）。唐代建都长安，改京兆郡为京兆府，行政长官称京兆尹。北宋以后至元初，沿唐制在此设京兆府，管辖各县。元代改为安西路，后又改奉元路。明洪武二年（1369年）废奉元路设西安府，西安即由此而得名。清代沿明制。
1928年设西安市，1930年撤销。1932年决定成立西京市，只设西京筹备委员会，始终未设市政府。1944年复设西安市，1948年由省辖市改为中央（国民政府）行政院辖市。1949年为陕甘宁边区辖市，1950年为西北行政区辖市，1953年改为中央直辖市。1954年改为陕西省辖市，为省会所在地。
1996年，面积9983平方千米，其中市区面积298.3平方千米。人口648.2万人，其中农业人口392.5万人。辖新城、碑林、 莲湖、灞桥、未央、雁塔、阎良7区和蓝田、临潼、户县、长安、周至、高陵6县。
2000年第五次人口普查，西安市常住总人口7274832人，其中：新城区526718人、碑林区698755人、莲湖区631224人、灞桥区494084人、未央区460416人、雁塔区795058人、阎良区235672人、临潼区639581人、长安县864269人、蓝田县560283人、周至县597153人、户县549252人、高陵县222367人。
2005年10月19日，民政部批准（民函[2005]285号）同意西安市碑林区政府驻地由书院门迁至南二环西段。2006年4月27日，国务院（国函[2006]29号）同意将西安市政府驻地由西安市莲湖区西华门大街迁至西安市未央区凤城八路。
2010年第六次人口普查，西安市常住总人口8467838人，其中：新城区589739人，碑林区614710人，莲湖区698513人，灞桥区595124人，未央区806811人，雁塔区1178529人，阎良区278604人，临潼区655875人，长安区1083285人，蓝田县514026人，周至县562768人，户县556377人，高陵县333477人。
2012年末，西安市面积10106.2平方千米，户籍人口7959769人，常住人口855.29万人。2013年末，西安市共有111个街道、67个镇，762个社区、2987个行政村，市政府驻未央区。
2014年12月13日，国务院（国函[2014]158号）批复同意撤销高陵县，设立西安市高陵区，以原高陵县的行政区域为高陵区的行政区域，高陵区人民政府驻鹿苑街道县门街29号。2016年11月24日，国务院（国函〔2016〕188号）批复同意撤销户县，设立西安市鄠邑区，以原户县的行政区域为鄠邑区的行政区域，鄠邑区人民政府驻甘亭街道东街7号。