杭州在周朝以前，属扬州之域。传说在夏禹治水时，全国分为九州，长江以南的广阔地域均泛称扬州。公元前21世纪，夏禹南巡，大会诸侯于会稽山（今浙江绍兴），曾乘舟航行经过这里，并舍其余杭（杭是方舟）于此，故名余杭。一说，禹至此造舟以渡，越人称此地为禹杭，其后，口语相传，讹禹为余，乃名余杭。

隋王朝建立后，于开皇九年（589年）废郡为州，杭州之名第一次出现。下辖钱唐、余杭、富阳、盐官、于潜、武康六县。唐代，置杭州郡，旋改余杭郡，治所在钱唐。因避国号讳，于武德四年（621年）改钱唐为钱塘。五代十国时期，吴越国偏安东南，建都杭州。当时的杭州称西府或西都，州治在钱塘，辖钱塘、钱江、余杭、安国、于潜、唐山、富阳、新城八县。在北宋时，杭州为两浙路路治；大观元年（1107年）升为帅府，辖钱塘、仁和、余杭、临安、于潜、昌化、富阳、新登、盐官九县。元代在杭州设两浙都督府，后改为杭州路总管府，为江浙行省治所（钱塘、仁和）；至正二十六年（1366年），朱元璋改置浙江行省，仍以杭州为省治。钱塘、仁和、海宁、富阳、余杭、临安、于潜、新城、昌化等州县皆属杭州路。明代改杭州府为浙江布政使司治所。清代为浙江省兼杭嘉湖道治所。杭州府治均在钱塘、仁和，属县未变。清初，在杭州城西沿西湖一带建造旗营，俗称满城。城墙周围十里，南至今开元路，北靠法院路，东临中山中路附近，西面包括湖滨公园，并辟有六座城门，总占地1436亩，成为杭州的城中城（民国初年拆除）。中华民国元年（1912），废杭州府，合并钱塘、仁和两县为杭县，仍为省会所在地。民国3年（1914）设道制，置钱塘道，道尹驻杭县。原杭州府所辖各县归钱塘道管辖。民国16年（1927）废道制，析出杭县城区设杭州市，直属浙江省；旧属诸县直属于省。从此，杭州确立为市的建制，市区分为八个区。

50年代以后，杭州的区域范围经历了不断变化。先是将原有的八区改名为上城区、中城区、下城区、江干区、西湖区、艮山区、拱墅区、笕桥区；其后，艮山区并入下城区，笕桥区并入半山区，中城区大部分并入上城区，小部分并入下城区；1990年初，半山区又与拱墅区合并，成立新的拱墅区。属县则有萧山、余杭、临安、建德、富阳、桐庐、淳安七个县（市）。1996年，设立滨江区与高新产业开发区，实行同套班子，两块牌子，相应原属于余杭市的下沙、九堡、三墩等镇也作了行政区划调整。2001年，杭州市辖萧山市、余杭市撤销市建制，设萧山区与余杭区。杭州市辖区由六个增加到了八个，市区面积由683平方公里扩大到了3068平方公里，人口由179万增加到373万。