İstanbul, yerleşim tarihi son yapılan Yenikapı'daki kazılarla bulunan liman doğrultusunda 8500 yıl, kentsel tarihi yaklaşık 3.000, başkentlik tarihi 1600 yıla kadar uzanan Avrupa ile Asya kıtalarının kesiştiği noktada bulunan bir dünya kentidir. İstanbul Roma, Bizans ve Osmanlı döneminde başkent olarak kullanılmıştır. Şehir çağlar boyunca farklı uygarlık ve kültürlere ev sahipliği yapmış, yüzyıllar boyu çeşitli din, dil ve ırktan insanların bir arada yaşadığı kozmopolit ve metropolit yapısını korumuş ve tarihsel süreçte eşsiz bir mozaik hâlini almıştır. Uzun zaman dilimleri boyunca her alanda merkez olmayı ve iktidarda kalmayı başaran dünyadaki ender yerleşim yerlerinden biri olan İstanbul geçmişten günümüze bir dünya başkentidir.
Tarih Öncesi Çağlar İstanbul'un tarihi üç yüz bin yıl önceye kadar uzanmaktadır. Küçükçekmece Gölü kenarında bulunan Yarımburgaz Mağarasında yapılan kazılarda insan kültürüne ait ilk izlere rastlandı. Bu dönemde gölün çevresinde Neolitik ve Kalkolitik insanların yaşadığı sanılmaktadır. Çeşitli dönemlerde yapılan kazılarda, Dudullu yakınlarında Alt Paleolitik Çağ'a, Ağaçlı yakınlarında ise, Orta Paleolitik Çağ ile Üst Paleolitik Çağ'a özgü aletlere rastlandı.
Bizantion Dönemi 2008 yılında İstanbul metrosu için yapılan Marmaray tüp geçidi kazıları sırasında Cilalı Taş Devri'nin sürdüğü MÖ 6500'lü yıllara ait kalıntılara rastlanan şehrin, Anadolu Yakası'ndaki Fikirtepe'de yapılan kazılarda ise Bakır Çağı'nın sürdüğü MÖ 5500-3500 yıllarına ait kalıntılar bulundu. Bunun yanında Kadıköy'de Fenikelilere ait kalıntılar bulundu. Traklar, kentin yakınlarına MÖ 13. yüzyıl ve 11. yüzyıllarda Semistra kentini kurdu. Kral Lygos zamanında Sarayburnu'na, bugünkü Topkapı Sarayı'nın bulunduğu yerde bir Akropolis kuruldu. MÖ 685'te Megara'dan gelen Yunanlar burada bir koloni kurdu, Kral Byzas'ın hükümsürdüğü MÖ 667 yılında ise Byzantion kuruldu. Kente Roma İmparatorluğu hakim olunca, kentin adı Septimius Severus tarafından kısa süreliğine oğlunun adı Augusta Antonina kondu, ardından İmparator I. Konstantin zamanında kent Roma İmparatorluğu'nun başkenti ilan edildi. Bu sırada Nova Roma olarak değiştirilen kentin adı benimsendi ve 337 yılında İmparator I. Konstantin'in ölümüyle Konstantinopolis'e çevrildi.
Bizans İmparatorluğu Dönemi Bu dönem 324-1453 yılları arasını kapsadı. I. Konstantinus şehri ele geçirip Roma İmparatorluğu'nun başkenti yaptıktan sonra, şehir ayrıca Roma'nın doğusunun yönetim merkezi oldu. Romalı nüfusu bu dönemde, Romalı soyluların göçü de dahil olmak üzere önemli boyutta arttı. Bu dönemde; yeni bir mimari yapıyla şehir oldukça genişledi. 100.000 kişilik bir hipodromun (Sultanahmet Meydanı) yanı sıra, limanlar ve su tesisleri yapıldı.
Konstantinus'un döneminde şehre Nova Roma dese de; 11 Mayıs 330 da şehrin ismi Konstantinopolis oldu. Konstantin, Roma İmparatorluğu'nun dinini de Hristiyanlık olarak değiştirdi. Pagan Roma dinine inanan batı ile ilk kopuş da bu dönemde başladı. Her ne kadar; Bizans İmparatorluğu I. Theodosius'un ölümü ile başlasa da; Bizans İmparatorluğu Konstantinus Hristiyanlığı getirmesine duyduğu saygıdan kendisini hep bir Bizans İmparatoru olarak gördü; 1453'teki çöküşüne kadar da 10 İmparatorunun daha ismi Konstantinus oldu. Bu dönemde İstanbul'un rolü oldukça stratejikti; Avrupa ve Asya arasında bir kapı oldu. Bu vesile ile, ticaret, kültür ve diplomasinin yapıldığı bir merkezdi. Bu dönemde şehrin ismi "Poli" (şehir) de oldu.
476'da Batı Roma'nın yıkılması sonrasında da; Batı Roma İmparatorluğu'ndaki Romalıların büyük çoğunluğu buraya göç etti ve Bizans İmparatorluğu'nun da başkenti İstanbul oldu. 543'te nüfusun yarısının ölümüne sebebiyet veren veba salgınından sonra; şehir İmparator I. Justinianus döneminde yeniden inşa edildi. 700'lü yıllarda Sasaniler ve Avarların saldırısına uğrayan şehir; 800'lü yıllarda Bulgarlar ve Arapların, 900'lü yıllarda ise Ruslar ve Bulgarların saldırısına uğradı. Ancak; saldırılar arasında en yıkıcı olanı 1204 yılında oldu. Haçlılar tarafından; Dördüncü Haçlı Seferi'nde 1204 yılında ele geçirilen şehir yağmalandı; halkın büyük çoğunluğu şehirden kaçtı; yoksul ve enkaz içinde bir kente dönüştü. Bunun sebebi Batı Roma'da büyüyen Latinlerin; Katolik Hristiyanlık anlayışı ile Bizans'taki Ortodoks Hristiyanlık inanışı arasındaki farklılıklar ve uyumsuzluklardır. Bu dönem sonrasında, 1261 yılında Paleologos Hanedanından; VIII. Mihail şehri tekrar ele geçirmiş ve Latin'lerin dönemini sona erdirdi.
Bu dönemden sonra giderek küçülen Bizans; Osmanlı İmparatorluğu tarafından 1391'den sonra kuşatılmaya başlandı; en sonunda 29 Mayıs 1453'te Osmanlı İmparatorluğu'nun himayesine geçti. İstanbul'un fethi, Dünya tarihinde Orta Çağ'ın sonunu simgelemektedir.
Osmanlı İmparatorluğu Dönemi Bu dönem 1453-1923 yılları arasını kapsadı. 29 Mayıs 1453'te; Osmanlı Padişahı II. Mehmed'in 53 gün süren kuşatması sonrasında; İstanbul Osmanlı'nın 4. ve son başkenti oldu.
Osmanlı'nın ele geçirmesinden sonra; Topkapı Sarayı ve Kapalıçarşı'nın da kurulması ardından birçok okul ve hamam açıldı. Dünya'nın ve İmparatorluğun dört bir yanından insanların taşındığı şehirde Yahudilerin, Hristiyanların ve Müslümanların beraber yaşadığı kozmopolit bir toplum oluştu. Bizans döneminden kalan, eski binalar ve surlar onarıldı. Fetihten 50 yıl sonra; Dünya'nın en büyük şehirlerinden biri hâline gelen İstanbul'da "Küçük Kıyamet" olarak da adlandırılan; 14 Eylül 1509 İstanbul Depremi sonrasında (8 şiddetinde olduğu ileri sürülmektedir); 45 gün süren artçı sarsıntılarla binlerce bina yıkıldı ve birçok insan yaşamını kaybetti.
1510 yılında; Sultan II. Beyazıd; 80.000 kişinin çalışmasıyla şehri yeniden kurdu. Günümüzde de var olan eserlerin büyük çoğunluğu bu dönemden kaldı. Mimar Sinan'ın camileri ve diğer binaları kurduğu Kanuni Sultan Süleyman döneminde; mimari ve sanat konularına önem verildi. Lale Devri döneminde; Sadrazam Nevşehirli Damat İbrahim Paşa 1718 yılından itibaren; itfaiye'yi kurdu, ilk matbaayı açtı ve fabrikalar kurdu. 3 Kasım 1839'da ilan edilen Tanzimat Fermanı sonrasında da batılaşma süreci hızlandığı dönemde birçok alanda yenilikler yaşandı.
Haliç'in üzerine köprü; Karaköy'e tünel, demiryolları, kentin içindeki deniz taşımacılığı, belediye örgütlerinin, hastanelerin kurulmasıyla modern bir şehir hâlini alan İstanbul, 1894 yılında Üçyüzon Depremi ile birlikte tekrar büyük bir zarar gördü. I. Dünya Savaşı'nın sonlarında ise 13 Kasım 1918'de İtilaf Devletleri donanmasınca da işgal edildi. İstanbul'un 2500 yıllık başkentlik dönemi 29 Ekim 1923'te sona erdi.
Cumhuriyet Dönemi Cumhuriyet sonrası 1923-1950 yılları arasında fiziksel atılımlar oldu. 1900'lerin başında 1 milyon olan nüfus, 1927'de 690.000'e düştü, 1935'te 740.000 ve 1945'te tekrar 900.000'e ulaştı. 1950'lerde Balkanlar'dan göç alan şehirde, bu dönemde şehirleşmede gecekondular ön plana çıkmaktadır. 1960'larda ise gecekonduların yanında, apartmanlaşma başladı. 1970'lerde ise hızlı nüfus artışı ile konut ve ulaşım sorunları önem kazandı. Bu dönemde otomobil sayısının artması ve sonucunda trafiğin artması Boğaziçi Köprüsü'nün yapılmasında etkili oldu ve ulaşımda önemli bir noktaya varıldı. İstanbul metropoliten alanı 1970-1975 yılları arasında merkezde 50 kilometre yarıçaplı iken 1980'de 60 kilometre yarıçapa ulaştı. 1990'ların nüfus artışı, nüfusun dış taraflara yayılması ile sonuçlandı ve sonucunda İETT'nin yetersiz gelmesi ile dolmuş ve minibüsler bu açığı kapatmaya çalıştılar. 70'li yıllarda eski hızı ile olmasa da imar faaliyetleri canlanan şehirde 1973 yılında Boğaziçi Köprüsü (15 Temmuz Şehitler Köprüsü), 1988 yılında Fatih Sultan Mehmet Köprüsü, 2016 yılında Yavuz Sultan Selim köprüsü açıldı.