Saraybosna bölgesi, Roma egemenliğinden önce İliryalıların egemenliğinde kalmış ve Romalılar, ancak M.S. 9 yılında uzun süren bir direnişin ardından ele geçmiştir. Romalılar döneminde Dalmaçya eyâletine bağlanan bölgede bugünkü İliđža banliyösünün bulunduğu yerde Aquae Sulphurae
(Kükürtlü termal su) kentini kurmuşlardır.
Roma İmparatorluğu, M.S. 395'te ikiye bölününce Batı Roma İmparatorluğu'nun parçası olan ve 420'lerde Avrupa Hunları'nın ele geçirdiği bölge, 455 yılında Ostrogotların eline geçti. 6. yüzyılın ilk yarısının sonlarına doğru Doğu Roma İmparatorluğu'nun eline geçen bölgeye 7. yüzyılın başlarında Avrupa Avarlarının egemenliğindeki Slavlar gelmeye başladı ve bölge, Avarların eline geçti.
Orta çağ
Avarlar devletinin 805'te Franklar tarafından yıkılmasının ardından Frankların süzerenliğini tanıdı ve Doğu Romalı misyonerler tarafından bölge, tamamen Hristiyanlaştırıldı. Önce Sırp Raşka Krallığı'nın, 863'te Hırvat Düklüğü'nün (sonradan krallık) eline geçti. 870'lerde Sırpların geri aldığı bölge, 9. yüzyılın sonlarına doğru 1. Bulgar İmparatorluğu'nun eline geçti. 927'de Bulgarlardan bağımsızlığını îlân eden Sırp Kralı Časlav Klonimirovič'in eline geçti. Çaslav'ın 950 yılında Macarlara karşı savaşırken ölmesi üzerine Bosna'daki derebeyler, Sırbistan'dan bağımsızlıklarını ilan ettiler ve Doğu Roma'nın hükümranlığını tanıdılar. Ancak bölge 998'de 1. Bulgaristan İmparatorluğu Çarı 1. Samuel'in eline geçti. Ancak Doğu Roma İmparatoru II. Basileus, 1018'de bölgeyi geri aldı. Bölgenin güneyi, 1060'larda Doğu Roma'ya bağlı hüküm süren Hırvat Kralı IV. Petar'ın eline geçti. Ancak bölge, 1082-1085 arasında Sırpların kurduğu Duklja Krallığı'nca fethedildi. 1103 yılından itibaren Bosna Sırplardan koptu ve Macaristan Krallığı'nın egemenliğini tanıyan Banların eline geçti. Ayrıca Macaristan Kralı II. Bela, 1137'de Bosna Dükü oldu. Bölge, 1163-1183 yılları arasında yeniden Doğu Roma İmparatorluğu'nun parçası oldu. Daha sonra yeniden Macaristan Krallığı'na bağlı Banlar tarafından yönetildi. 1230'lardan itibaren bölge halkının çoğu, Manicilik'ten etkilenen dualist Hristiyan tarikatı olan Bogomillik'e geçti. Bosna, 1377'ye kadar Macaristan'a bağlı banlar tarafından yönetildi. Bu târihte Bosna Banı Tvrtko Kotromanoviç (sonradan I. Tvrtko), kendini Bosna, Sırbistan ve Dalmaçya kralı ilan etti. Krallığı'nın sınırları bugünkü Karadağ'ın batısından bugünkü Hırvatistan'ın Graçaç kentinin batısına kadar uzanıyor ve bazı Dalmaçya adalarını da kapsıyordu.
1463 yılında Osmanlı Sultanı II. Mehmed, bütün Bosna'yı fethetti. Ancak Macaristan Kralı I. Matyas, Saraybosna'nın bulunduğu bölgeyi geri aldı. Ancak Osmanlılar, 1492'de bölgeyi yeniden ele geçirdiler.
Osmanlı dönemi
Bugünkü Saray bosna'nın yerinde 14. yüzyılın başlarında Boşnak soylularının şatoları vardı. 1492 yılında burayı alan Osmanlılar, şehrin ilk çekirdeğini kurmuşlardır. Saraybosna, önemli ulaşım yolları kavşağı olması nedeniyle kısa sürede ticari ve idari merkez olmuştur.
Bölge, Osmanlılarca öncelikle Saraybosna'nın merkez olduğu Bosna Sancağı olarak Rumeli Eyâleti'ne bağlanmış, 1585 yılında 1483'te fethedilen Hersek bölgesiyle birlikte Bosna Eyâleti'ne bağlanmıştır. 1583-1686 arasında Banyaluka'nın, 1686-1851 arası Travnik'in merkez olduğu dönemler hariç hep eyaletin merkezi Saraybosna olmuştur. 1697'deki kısa süreli Venedik işgalinden zarar gören şehir, derhal onarıldı.
Avusturya-Macaristan
1878 yılına kadar Osmanlılar'a bağlı kalan şehir, bu yıl imzalanan Berlin Anlaşması'yla Avusturya-Macaristan yönetimine bırakıldı. Ancak buranın yönetimi konusunda yönetim ortakları arasında anlaşmazlık çıkınca doğrudan doğruya Viyana'dan yönetilen Bosna-Hersek'in merkezi oldu.
Yugoslavya
1918'de sonradan Yugoslavya Krallığı'na dönüşecek olan Sırp-Hırvat-Sloven Krallığı'na geçti ve Sırbistan'a bağlandı. 1929 yılında ülke, idari olarak banlıklara bölündüğünde, Drina Banlığı'nın merkezi oldu.
II. Dünyâ Savaşı'nda 1941-1945 arasında Nazi Almanyası'na bağlı bir kukla devlet olan Bağımsız Hırvatistan Devleti'nin işgalinde kaldı. Savaş sırasında Yugoslavya Krallığı yetersiz savunma yapıyordu. Alman uçaklarının bombalaması sonrasında, Saraybosna, 16. Piyade Tümeni tarafından 15 Nisan 1941 tarihinde ele geçirildi. Şehir, 1943'ten 1944'e kadar Müttefikler tarafından bombalandı. Şehirde Yugoslav Partizan hareketi temsil edildi. Direniş, "Walter" Periç adında bir NLA Partizanı tarafından yürütüldü. Periç, 6 Nisan 1945'te şehrin kurtuluşuna liderlik ederken öldü.
1984 Kış Olimpiyatları, Saraybosna'da düzenlenmiştir.
Bosna Savaşı
Saraybosna kuşatması
Kuşatmadan sonra Saraybosna, Grbavica şehir merkezi (19 Mart 1996)
1992-1995 yıllarında Bosna Savaşı sırasında Saraybosna kuşatması büyük ölçekli yıkım ve dramatik nüfus değişimi ile sonuçlandı. Binlerce Saraybosnalı, kuşatma sırasında yapılan bombardıman altında ve çatışmalarda hayatını kaybetti. Saraybosna kuşatması, modern savaş tarihinin en uzun kuşatması oldu.5 Nisan 1992 ile 29 Şubat 1996 yaşanan Bosna Savaşı sırasında Yugoslav Halk Ordusu ile Sırp Cumhuriyeti'ne bağlı güçler Bosna Hersek'in başkenti Saraybosna'yı kuşattı.
Kuşatma sırasında, 1.500'den fazlası çocuk olmak üzere 11.541 kişi hayatını kaybetti. 15.000'i çocuk olmak üzere yaklaşık 56.000 kişi yaralandı