考古发现，距今约3万年左右，延安已有晚期智人“黄龙人”生息。约在前13世纪，延安属独立的方国鬼方之域。商帝武丁曾发动大规模的讨伐鬼方的战争。《周易·既济》载：“高宗伐鬼方，三年克之。”这是迄今所知延安有文字可考的最早的文字记载。

春秋时，延安是白狄部族所居住的地方，这是一个游牧兼狩猎的少数部族。晋公子重耳曾流亡白狄12年，即居住于延安一带。

战国，延安大部属魏国。《史记·秦本纪》载：“魏筑长城，自郑滨洛以北，有上郡”，又称，秦惠文王七年（前300年）。秦帅公孙不大败魏军于雕阴（今富县与甘泉交界处），斩首8万余，俘魏将龙贾；秦文王八年，魏纳河西地予秦；十年，魏纳上郡15县（今陕北宜川、延安一带）予秦。延安始属秦。

秦汉时，延安属上郡（郡治肤施，今榆林市南）。秦昭王时期，秦在延安一带置高奴县，县治在今延安城东尹家沟。这是延安筑城之始，其城垣至今犹存。秦统一六国后，大将蒙恬统兵30万北击匈奴，后又监修长城和秦直道。汉武帝时曾大量移民和屯戍，使陕北等地农业经济空前发展，被誉为“新秦中”（意为富庶如关中）。汉虞诩《奏复三郡疏》有“水草丰美，上宜产牧，牛马衔尾，群羊塞道”的描述。

三国，延安为羌胡所据。

东晋义熙三年（407），匈奴铁弗部赫建立大夏国。其在延安城东修筑丰林城（今宝塔区李家渠镇周家湾村）。宋代沈括曾考察该城，谓之坚密如石，城不甚厚，但马面极长且密，利于战守，赞叹“赫连之城，深为可法也”。

西魏，设东夏州，领遍城郡、朔方郡、定阳郡、上郡；设北华州，领中部郡、敷城郡。

延州和延安之名始见于《隋书》。《地理志》云：“延安郡后魏置东夏州，西魏改为延州，置总管府，开皇中，府废统县十一，户五万三千九百三十九。肤施大业三年置及置延安郡，有丰林山丰林后置魏，曰广武及遍城郡，开皇初郡废，十八年改为丰林，大业初又并沃野县入焉魏平后魏置，并立朔方郡，后周废郡，并朔方、和政二县入焉金明有治官，有清水临真有西魏神木郡、真川县，后周废郡，大业初真川入焉延川西魏置，曰文安及置文安郡，开皇初，郡废，改县为延川延安西魏置，又置义乡县，大业中，废义乡入焉因城后魏置，后周废，寻又置义川西魏置汾州、义川郡，后改州为丹州；后周改县为丹阳，开皇初，郡废，改县曰义川，又废乐川郡入；大业初，州废，又拔云岩县入焉汾川旧曰安平，后周改曰汾川，大业初，废门山县入焉咸宁旧曰永宁，西魏改为太平，开皇中改为咸宁。”另记载，大业二年延安南部设富城郡，后改为上郡，统县五（洛交、内部、三川、富城、洛川）。

唐武德元年（618）改延安郡为延州总管府，领肤施、丰林、延川三县，管南平、北武、东夏三州；改上郡为富州，领洛交、洛川、三川、伏陆、内部、富城六县。

宋代，属永兴军路，设延州、富州、丹州、坊州。这一时期，宋与西夏战事频繁，宋代名臣庞籍、范雍、韩琦、范仲淹等在此御敌。宋元祐四年（1089），升延州为延安府。

金置彰武军部管府。金夏在保安军（今志丹）置榷场互市。

元置延安路。

明改设延安府。明末陕北农民爆发大起义，高迎祥、李自成、张献忠等农民领袖纵横延安南北。

清仍设延安府，顺治年间领三州（富州、绥德州、葭州）16县（肤施、安塞、甘泉、安定、保安、宜川、延川、延长、清涧、洛川、中部、宜君、米脂、吴堡、神木、府谷）。雍正年间，三州归省直隶，府领8县（肤施、安塞、甘泉、安定、保安、宜川、延川、延长）。乾隆年间，又增领定边、靖边二县。同治年间，陕甘回民起义军和西捻军张宗禹在延安境内反清，左宗棠率湘军入境剿抚。最后一支捻军武装袁大魁部在永宁山被镇压，捻军运动在中国最后失败。清末，清政府设延长石油官厂，在延长县钻成中国大陆上第一口油井。

民国2年（1913），本境属榆林道。民国17年（1928），撤道，各县由省直辖。民国24年（1935），9月，延安南北各县分属国民政府陕西省第三、第二行政督察区。1944年，陕西省第三行政督察专员公署驻洛川，初领洛川、甘泉、宜川、富县、中部、宜君、6县，后领洛川、黄陵（1944年由中部县改称）3县及黄龙设治局。1948年3月~4月，人民解放军相继解放第三行政督察区所辖各县。

1926年初，李象九、谢子长等创建中共宜川军队第一、第二特别支部；春夏，陕西省立第四中学（延安）建立中共延安特别支部。是为延安最早的中共地方组织。20世纪30年代，刘志丹、谢子长等在延安境内开展武装斗争，创建陕甘边和陕北两个革命根据地。1935年11月，称陕甘省和陕北省。1935年10月，中共中央长征到达吴起镇。1937年9月，陕甘宁边区成立，10月，成立延安市政府，直隶于边区政府。1942年始置吴旗县，属三边分区。同年11月，设延属分区，1月成立行政督察专员公署，辖延安市及延安、富县、甘泉、志丹、安塞、子长、延川、延长、固临10县（市）。1948年1月，陕甘宁边区设黄龙分区，辖洛川、黄陵、宜君、宜川、黄龙等10县；次年2月，增辖富县。1949年5月，撤延属分区，设陕北行政区，卫北行政公署驻延安，辖榆林、三边、绥德、黄龙4个分区及延安、延长、延川、子长、安塞、志丹、甘泉7个直属县。

1950年5月，撤销陕北行政公署，成立陕西省延安分区行政督察专员公署，辖延安、延长、安塞、志丹、吴旗、甘泉、富县、洛川、宜川、黄陵、宜君、黄龙12县。同年10月，改称陕西省人民政府延安专员公署。

1955年5月，又改称陕西省延安专员公署。1956年10月，延川、子长划归延安专区。1964年，鄜（fu 富）县改称富县。

1968年8月18日，成立延安专区革命委员会。次年9月，延安 专区改称延安地区。

1970年延安县析置延安城区（县级），1972年，延安城区改称延安市。全区辖1市14县。1975年8月，延安县并入延安市。

1978年延安地区革命委员会撤销，延安地区行政公署成立。

1983年9月9日国务院【国函字187号】批复：宜君县划归铜川市。

1996年11月5日国务院【国函84号】批复：

1．撤销延安地区和县级延安市，设立地级延安市，市人民政府驻新设立的宝塔区。

2．延安市设立宝塔区，以原县级延安市的行政区域为宝塔区的行政区域。

3．延安市辖原延安地区的安塞县、黄陵县、延长县、志丹县、洛川县、延川县、甘泉县、黄龙县、子长县、富县、宜川县、吴旗县12个县以及新设立的宝塔区。

2005年10月17日民政部【民函278号】批复；

2005年10月18日陕西省人民政府【陕政函128号】批复：延安市吴旗县更名为吴起县。