Смята се, че през бронзовата епоха (втората половина на IV – края на II хил. пр. Хр.) тракийските племена вече са населявали територията на България, включително и днешното Софийско поле. Макар и единични, движимите културни ценности от тази епоха свидетелстват за присъствие на тракийско население на мястото на бъдещия исторически градски център на София. Също оскъдни по количество, но не по-малко информативни, находките от старожелязната (ХІІ/XI–VІ в. пр. Хр.) до елинистическата (ІІІ–І в. пр. Хр.) епоха, намерени на територията на столицата, подсказват за вече уседнало население с все още неустановени селищни единици.

Античните автори отбелязват името на племето „серди“, заселило се трайно в днешното Софийско поле, споменавайки за селище, известно с названието Сердонполис (град на сердите). Името, вероятно от келтски произход, преминава и към развилия се тук от І в. сл. Хр. голям град – Сердика, разположен на главния имперски път Via Diagonalis. След 45 г. сл. Хр. територията, обитавана от сердите, се присъединява към новообразуваната римска провинция Тракия. Възникването на Сердика като урбанистичен център в началните десетилетия на І в. се дължи на участието на римски военни части. След 106 г., при имп. Марк Улпий Траян (98–117), градът получава права на муниципиум – селище с автономно управление и градска уредба. В чест на императора започва да се нарича Улпия Сердика, а в някои официални надписи се споменава като „най-блестящия град на сердите“.

Важно място сред обществената архитектура заемат храмовете и светилищата на различни божества, особено здравеносните – Асклепий и Аполон Медикус, свързани с многобройните минерални извори около и в града. През ІІ в. е каптиран и топлият минерален извор, около който са издигнати градските терми (обществената баня).

Сердика сече собствени автономни монети. Монетосеченето започва по времето на съвместното управление на имп. Марк Аврелий и Луций Вер (161–169). През 260 г. при имп. Галиен (253–268) сердикийската автономна монетарница е превърната в държавна, императорска. Монетосеченето в нея продължава до 311 г., като за целия период на нейното съществуване там са секли монети около 30 императори и техните съпруги. Към 272 г., при имп. Аврелиан (270–275), на юг от р. Дунав административно са оформени две нови римски провинции – едната Крайбрежна Дакия, а другата Вътрешна (Средиземна) Дакия с главен град Сердика.

Материалните свидетелства за периода на средновековието от територията на София са сравнително оскъдни, ако се съди по резултатите от проведените през последните години археологически проучвания. За развитието и историята на града през този период обаче има достатъчно данни от писмените извори.

Българският хан Крум завладява Сердика през 809 г., но окончателното му присъединяване към Първото българско царство е от времето на хан Омуртаг (814–831). Населението става преобладаващо славянско. По това време възниква и новото име на града – Средец. В периода XI–XII в. Средец е под византийско владичество, но не губи своето значение. По време на Второто българско царство (края на XII–XIV в.), градът процъфтява икономически и културно. Тогава в околностите му са основани множество манастирски комплекси, които днес наричаме с общото название Софийската (Мала) Света гора. През последните десетилетия на ХІV в., видно от Витошката грамота на цар Иван Шишман (1371–1395), градът започва да се нарича София, по името на базиликата, която се издига край него, а през ХV в. новото име се налага окончателно.

През 1382 г., след тримесечна обсада, София пада под османска власт и е включена в административната система на Османската империя. Градът е приспособен към нуждите на новата държавна и религиозна власт. В този период базиликата „Св. София“ е преустроена в джамия под името „Сияуш паша“. Следите от тогавашния активен живот се разкриват при по-голямата част от археологическите разкопки в централните части на града, непосредствено под съвременните пластове.

В продължение на десетилетия след османското завоевание, София запазва българския си облик и както пише рицарят Бертрандон дьо ла Брокиер през 1433 г., населението й не престава да очаква помощ от Европа, за да въстане и да се освободи. След кръстоносния поход на Януш Хуниади и Владислав ІІІ Ягело през 1443 г., градът претърпява мащабни наказателни акции и е превърнат в административен, политически и военен център на Османската империя – столица на нейните европейски владения. Всички пътешественици, преминали през София в тези времена, са на мнение, че тя е гъсто населен град с изключително „пъстроцветни“ жители. Българското население заема старите квартали на София и продължава да ползва част от своите храмове, които са първите поддръжници на православната вяра в града.

През ХVІ век София е голям християнски център, чиито жители водят интензивен и богат духовен живот. В него проповедникът и богослов Стефан Герлах посещава и описва 12 православни храма.

Този век ражда повечето софийски мъченици за христовата вяра. В него достига върха си Софийската книжовна школа – поп Пейо пише житие за свети Георги Софийски, а Матей Граматик – житие за свети Никола Нови. Процъфтява и софийското златарство, обслужващо местния християнски култ.

Едновременно с църковната борба в София се разраства и борбата за политическо освобождение. През 1870 г. Васил Левски (1837 - 1873) създава Таен революционен комитет в града. Сподвижници на делото на Апостола са представителите на градския културен, икономически и духовен елит. Такива са: Йорданка Филаретова, Димитър Хаджиоцев, отец Генадий, хаджи Мано Стоянов, хаджи Боне Петров, благодетелят на училищата и бъдещ кмет на града Димитър Трайкович.

Дейци на комитета са и книжарите Никола Крушкин – Чолака, Георги Стоицев – Абаджията, Стоян Вардев – Табака и неговият братовчед – Никола Вардев. Първите трима са обесени от турците само месец и половина преди руската армия да освободи София. Никола Вардев успява да избегне смъртта и да дочака Освобождението. Четирите лъва на днешния „Лъвов мост“ са почит към паметта на тези четирима родолюбиви българи.

Макар да е един от най-старите градове в Европа, София е и една от младите й столици. Избрана е за адиминистративен центъра на Третата българска държава от Учредителното събрание в Търново на 3 април 1879 г. по идея на проф. Марин Дринов.

Градът тогава е 14-хилядно ориенталско селище с множество джамии. Разделен е на махали от малки къщи с дворове. Улиците са тесни, някои са задънени. Построени са без специална планировка, липсва благоустрояване.

Първите мероприятия по благоустрояването и превръщането на София в модерна европейска столица започват още при Временното руско управление. По време на една гръмотевична буря комендантът Мосолов нарежда да бъдат съборени минаретата на множество квартални джамии. През 1880 г. е направен първият регулационен план от руския архитект Копиткин. Той предвижда целият град да бъде регулиран „по американски” – с нови улици и широки булеварди.

Постепенно с увеличаване броя на населението, София разширява своята територия. Появяват се множество нови сгради, строени по европейски маниер от чужди и наши архитекти, дипломирани в чужбина. Построени са повече от 60 големи държавни и обществени сгради, паметници, стотици къщи. Някои от тях са станали емблематични за столицата като например Народното събрание, Държавната печатница – днес Музей на чуждестранното изкуство, Софийският университет, Българската академия на науките, Военният клуб, Халите, Централната минерална баня, Народният театър, Духовната академия, Синодалната палата, Докторският и Руският паметник, както и някои сгради като красивия хотел „Панах” и Славянска беседа, които вече не съществуват.

В периода от Освобождението до 1919 г., за по-малко от четири десетилетия градът променя коренно облика си. Променя се и битът на столичните граждани във всяко отношение – и домовете са различни, и мебелировката в тях, и дрехите на техните обитатели, и битовите им навици. София е модерен европейски град.

След Деветосептемврийския преврат през 1944 г. и края на Втората световна война, в България постепенно се установява власт, основана на едноличното управление на Българската комунистическа партия. Страната тръгва по пътя на изграждане на социализма. София остава столица на социалистическа България - тук са съсредоточени институциите на законодателната, изпълнителната и съдебната власт.

Първата задача пред кметската управа в края на 40-те и началото на 50-те г. на ХХ в. е отстраняването на последствията от бомбардировките - възстановяване на разрушените сгради, ремонт на канализацията, електрозахранващата мрежа, улиците, благоустрояване на площадите и зелените площи.

Запазени от унищожаване, реставрирани и експонирани са: църквата „Св. Георги – Ротондата”, храмът „Св. Петка Самарджийска”, археологическият комплекс „Източна порта на Сердика”. Знакови туристически обекти са и: храм - паметник „Александър Невски”, Боянската църква, базиликата „Св. София”. През 70-те г. на ХХ в. е обявен „Историко-археологчески резерват „Антична Сердика и Средновековен Средец” и около 800 паметника на културата в централната градска част.

А градът непрекъснато се разраства, като от 50-те до началото на 60-те г. на ХХ в. селата на разстояние няколко километра от София са присъединени към столицата. Освен това след национализацията на промишлените, минните предприятия и сградния фонд, започва усилена индустриализация на големите градове. Това, заедно с насилственото коопериране на селското стопанство, води до масово преселване на компактни групи хора в столичния град. Въведено е софийско жителство, но то може да се придобие при постъпване на работа в промишлеността или градския транспорт, където има недостиг на работна ръка и трудът не е особено привлекателен. В резултат на индустриализацията на столицата е построен МК „Кремиковци”, Домостроителния комбинат, различни предприятия на електрониката, химическата и леката промишленост. В бъдеще голяма част от тези предприятия ще се окажат неефективни и причина за екологични проблеми в София като замърсяване на въздуха и почвата.