武汉地区考古发现的历史可以上溯到距今6000年的新石器时代，其考古发现有东湖放鹰台遗址的含有稻壳的红烧土、石斧、石锛以及鱼叉。市郊黄陂境内的张西湾古城遗址为4300年前古人类生活的重要遗存。盘龙城遗址是距今约3500年前的商朝方国宫城。春秋战国时期，武汉属楚国管辖。
武汉地方建制始于西汉，为江夏郡沙羡县地。东汉末年，在今汉阳先后兴建却月城和鲁山城，在今武昌蛇山兴建夏口城。时荆州牧刘表派黄祖为江夏太守，将郡治设在位于今汉阳龟山的“却月城”中。“却月城”遂成为武汉市区内已知的最早城堡。公元223年(吴黄武二年)，东吴孙权在武昌蛇山修筑夏口城，同时在城内的黄鹄矶上修筑瞭望塔，取名黄鹤楼。南朝时，夏口扩建为郢州，成为郢州的治所。
隋置江夏县和汉阳县，分别以武昌、汉阳为治所。唐时江夏(武昌)和汉阳分别升为鄂州和沔州的州治，成为长江沿岸的商业重镇。江城之称亦始于隋唐。此后经宋以迄明、清，均为历代州府治所。两宋时武昌属鄂州，汉阳、汉口属汉阳军。南宋抗金将领岳飞驻防鄂州(今武昌)8年，在此兴师北伐。1281年〔元世祖至元十八年)，武昌成为湖广行省的省治。这是武汉第一次成为一级行政单位(相当于现代的省一级)的治所。
明代，朱元璋第六子朱桢被分封到武昌做楚王。由于成化年间汉水改道从龟山以北汇入长江，到嘉靖年间在汉水新河道北岸(凹岸)形成新兴的汉口镇。明末清初汉口与朱仙镇、景德镇、佛山镇同称天下“四大名镇”，称为“楚中第一繁盛”，成为全国性水陆交通枢纽，享有“九省通衢”的美誉。
清末，汉口建制为夏口厅(地位同县)，使武汉三镇之名贯于清代、中华民国，三城鼎足雄峙更属罕见。
1858年清政府与英国签订的不平等条约《天津条约》中增辟的11个通商口岸，包括汉口。1861年3月汉口正式开埠。在老汉口镇的下游沿长江先后开辟了汉口英租界、汉口德租界、汉口俄租界、汉口法租界和汉口日租界五国租界。这些租界独立于中国政府管辖之外，在界内分别设置工部局、巡捕房、领事法院(庭)等迥异于中国政治体制的管理机构。1911年10月10日，辛亥革命首义于武昌，宣布脱离清朝，成立中华民国，建立中华民国军政府，武汉成为革命中心。
1912年，改江夏县为武昌县，废汉阳府留汉阳县，改夏口厅为夏口县。三镇鼎立，以武昌为湖北省省会。
1914年属江汉道。1917年，汉口德租界被中国政府收回，改称汉口特别区。1925年，汉口俄租界被中国政府收回，改称汉口特区。1926年，北伐军攻占武汉三镇，划武昌县城区为武昌市，划夏口县城区设汉口市。1927年初，国民政府自广州迁至武汉，将汉口、武昌两市划为京兆区，武汉成为国民政府首都。1月5日，数十万群众冲击了汉口英租界，3月15日，国民政府正式收回该租界，改称外交部汉口第二特别区。4月，武汉市政府成立。