京都盆地自旧石器时代开始就已经有人类活动。在绳文时代，位于现今京都市东北部的北白川地区和山科盆
地的丘陵地区已经有集落出现。到了弥生时代，平原地区也开始有集落出现。进入5世纪后，渡来人贵族秦氏开始在京都居住，其在京都盆地兴修水利，此为京都地区大规模开发之始。
奈良时代末期，桓武天皇为了摆脱奈良佛教寺院势力的影响，于公元784年将首都从平城京（今奈良市）迁移到长冈京（今长冈京市）。然而仅过了不到10年，桓武天皇在和气清麻吕的建议下，于公元794年将首都又迁到位于山城国的平安京（也就是现在的京都市），自此开启了平安时代，也开始了京都作为日本首都的历史。平安京的选址参考了风水思想，并且效仿中国唐代的京师长安，是一座传统的市坊制都市。平安京南北长约5.2公里，东西长约4.5公里，面积相当于中国唐代京师长安城的五分之一。天皇居住的大内里位于平安京的正北，以朱雀大路为中心，城市分为右京（又称“长安”）和左京（又称“洛阳”）两个对称的部分。平安京堪称是一座规模宏大且规划严谨的东亚传统型的计划城市。
平城京是仿照唐朝的京师长安而建造的，圣武天皇迁都到平城京之前，日本的国都是位于大和平原南面明日
香村北部的藤原京。“大化革新”以来，学习先进的大陆国家体制而建立的律令制度得以完备，天武天皇便将建设国都提上了中心议程，于是在明日香以北筹划建造新的国都藤原京。
藤原京以皇宫为中心，天皇、为朝廷效力的役人等各家族一起住在一个城市中。
公元702年（大宝二年）日本再次派遣了遣唐使，回国时他们详细描述了中国长安城的辉煌壮丽。以长安城为模本，藤原京从罗城门向北的通道就是朱雀大路，宽达74米，到平城宫朱雀门大约有4公里的距离。朱雀大路左右有侧沟，沿路种有柳树、槐树等树木，形成一条林荫路。唐朝和新罗的外国使节曾通过这里前往平城京。
平城京的核心建筑物大极殿和朝堂院就位于平城宫中，这么做是在模仿长安城的格局——长安中心建筑物是太极宫太极殿，西面则有大明宫含元殿。第一次大极殿是举办天皇即位式和外国使节谒见仪式时用的，而第二次大极殿就是用来处理日常政务的地方了。公元745年迁回平城京后，在第一次大极殿原址上，模仿长安大明宫的麟德殿建造了楼阁，用以举办宴会。 内里位于大极殿北部，朝堂院则位于大极殿南面。
平安京的市区范围虽然十分广大，其人口却只有大约15万人，因此城内并未得到充分开发，并且有大片农田。特别是右京地区因为地形地湿，开发进度十分缓慢。左京因此成为京都主要发展的地区。在平安时代中期以后，贵族的住宅大多集中在左京北部，并且开始跨过鸭川向平安京以外的范围延伸。在11世纪后期，上皇（退位的天皇）在白河、鸟羽等地修建离宫并掌控朝政，这一时期因此被称为院政时期。而离宫的修建也使得京都市区向平安京以外地区发展的趋势更加明显。
京都室町时代
12世纪中期，日本历史上首个武家政权平氏政权诞生。然而平氏政权仅维持二十多年就被另一大武士集团—源氏所取代。1192年，源赖朝在镰仓创建幕府，日本进入镰仓时代。在镰仓幕府时期，日本实质上的政治中心虽然移至镰仓，京都仍然是最大都市和天皇的居住地。
1338年，随着室町幕府的成立，日本进入室町时代，京都也再次成为日本政治的中心。在这一时期，京都的都市空间发生了巨大的变化。市区按南北分为上京和下京两个部分，东西方向的二条大路取代朱雀大路成为京都最重要的街道。上京集中了包括天皇的居住处里内里等众多贵族的宅邸，而下京则是京都主要的工商业区域。
在1467年至1477年之间，京都是应仁之乱的主战场，市区几乎完全被毁。之后京都在市民的努力下开始逐渐复兴。
1568年，织田信长的军队进入京都。
1582年，在京都爆发了本能寺之变。
京都近代京都
1864年，幕府军队和倒幕势力在京都市内发生激烈战斗，是为禁门之变，京都市内大片街区被焚毁。这也使得京都市中心现存的建筑多为幕末之后修建的建筑物。
1867年，京都郊外发生鸟羽伏见之战，倒幕军取得胜利，是决定戊辰战争局势的关键战役。1868年，日本的首都从京都迁移至东京，除了皇室及公家之外大量商人也都从京都迁居至东京，京都面临巨大的危机。京都市政财界采取了大量措施试图挽回危机局面，其主要内容包括了实施学区制；创建京都帝国大学，使京都成为西日本高等教育和研究的中心；兴建琵琶湖疏水作为水运路线，并进行水力发电；铺设日本最早的有轨电车京都市电；举办第4届内国劝业博览会并修建平安神宫。
1921年，京都实施了其首个都市计划事业，开始进入现代城市规划时代。
在第二次世界大战时期，京都市是日本城市中较少遭到美军空袭轰炸的都市，因此京都市是日本少数仍然拥有丰富的战前建筑的城市之一。为了降低空袭造成的损害，堀川通、御池通、五条通沿线的建筑被强制拆除，却也提供了之后拓宽道路的空间。然而却也正因为旧市区保存较好，导致市
中心很难修建新的道路和公园，使得京都市中心地区的道路面积率和公园面积率极低，并且都市更新也进展较慢。战后京都的开发主要依照1950年制定的“京都国际文化观光都市建设法”进行，在郊外地区修建新市镇以解决住宅问题，并且将京都车站以北规划为保存地区，以南则规划为开发地区。
1956年9月1日，京都市成为政令指定都市。
1964年10月，东海道新干线开始通车，极大的促进了京都观光产业的发展。
1978年，京都市电被宣告废止，地铁取代市电成为京都市内重要的交通方式。这些事件都象征著战后京都都市空间的巨大变化。
1994年，京都的多处古迹被列入世界文化遗产。京都已成为日本具代表性的观光都市和文化都市。
