西周为褒国。秦惠文王更元十三年（公元前312年）攻取汉江中游楚国的汉中郡后，于南郑（今汉台区东北）置汉中郡。楚、汉之际刘邦受封汉王，都南郑。西汉移郡治于西城（今安康城区西北汉江北岸），新莽曾改称新城郡。东汉复原名还治南郑，初平二年（公元191年）改名汉宁郡。建安二十年（215年）复原名，属益州。三国魏景元四年（263年）于沔阳（今勉县东）析益州地置梁州，西晋太康年间移治南郑。南朝宋于南郑侨设秦州及华阳、怀安等郡。
梁天监三年（504年）北魏在东部设梁州及汉中、晋昌、褒中、华阳、丰宁五郡，在西部设东益州及武兴、 头、落丛三郡。西魏废帝元年（552年）改设为梁州及汉中、褒中、傥城三郡；洋州（治今西乡）及洋川、丰宁、怀昌等郡；兴州（治今略阳）及顺政、 头、落丛、华阳四郡。北周天和年间撤销褒中、怀昌、 头三郡，更汉中为郡为汉川郡。隋开皇三年（公元583年）废郡存梁、洋、兴三州。大业二年（606年）废洋州，三年罢梁、兴二州，复设汉川、顺政（治今略阳）二郡。
唐武德元年（618年）废郡复设梁、洋、兴三州，贞观元年（627年）州属山南道；开元十三年（725年）因梁州与凉州同音，更梁州为褒州；二十年复名梁州；二十一年析山南道于南郑置山南西道。天宝元年（742年）罢州复设汉中、洋川、顺政三郡；十五年移洋川郡治于兴道县（今洋县）；乾元元年（758年）复废郡设梁、洋、兴三州；兴元元年（公元784年）升梁州为兴元府。十国时后蜀更洋州为源州。北宋乾德三年（965年）源州复名洋州，开宝六年（973年）府治兼为峡西路治，咸平四年（1001年）废峡西路，于府治兼置利州路，南宋绍兴十三年（1143年）增设大安军，次年利州路分东、西二路，府治为利州东路治，兴州为利州西路治；开禧三年（1207年）改兴州为沔州。
元初废大安军及两路，升兴元府为西元路，属陕西行中书省；至元二十年（1283年）沔州移治铎水（今勉县旧州铺）。明洪武三年（1370年）改兴元路为汉中府，降洋州为洋县；七年降沔州为沔县。成化二十一年（1485年）改宁羌卫为宁羌州。清因之，汉中府辖宁羌州及南郑、褒城、城固、洋县、西乡、沔县、凤县、略阳八县和留坝、定远、佛坪三厅。1913年改府为道，改州、厅为县。1914年改定远县为镇巴县。1925年佛坪县治迁今址。1928年废道，以县属省。1935年为陕西省第六行政督察专区。
1949年12月析南郑县城区及近郊置南郑市，次年南郑县治迁十八里铺（今汉台区铺镇），并于市兼设陕南行署区，1951年撤销，改设南郑专区。1953年析宁羌、褒城、南郑三县地于元坝子设黎坪中心区（县级）；6月南郑市改由省直辖；10月改南郑专区为汉中专区，南郑市为汉中市。1958年汉中市改由地辖并废南郑县，省褒城县分别入汉中市和沔县，省佛坪县入洋县、周至和石泉三县，省黎坪中心区入宁羌县，省留坝县入凤县。1960年将凤县划入宝鸡专区。1961年析汉中市汉江以南地于周家坪（即今南郑县城）重设南郑县，复设留坝、佛坪二县。1963年汉中市升为省辖市（地级）。1964年撤销汉中市，设汉中县。1969年汉中专区改为汉中地区。1980年汉中县改为汉中市。
1996年2月21日，国务院批准（国函[1996]11号）同意撤销汉中地区和县级汉中市，设立地级汉中市。市政府驻原汉中市民主路。汉中市设立汉台区，汉台区辖原汉中市的东大街、东关、汉中路、中山街、北关、舒家营、鑫源、大河坎8个街道办事处，河东店、宗营、武乡、铺镇、龙江5个镇和汉王、老君、望江、七里4个乡，区政府驻原汉中市中山街。汉中市辖原汉中地区的留坝、南郑、佛坪、略阳、镇巴、洋县、勉县、城固、宁强、西乡10个县和新设立的汉台区。全市总面积27246平方千米，总人口362万人。
2000年第五次全国人口普查，汉中市总人口3411044人。其中：汉台区503871人、南郑县478782人、城固县455408人、洋县384374人、西乡县345074人、勉县397131人、宁强县313395人、略阳县201498人、镇巴县251522人、留坝县46294人、佛坪县33695人。