西汉高祖六年（公元前201）置江夏郡，三国魏吴以长江为界分置，两晋、南朝曾为沙羡县、汝南郡、江夏郡、郢州治所。隋开皇九年（589）置鄂州，治夏口；开皇十七年（597）置汉津县。唐属江夏郡，宋以后为军、府治所。汉口原属汉阳，明嘉靖年间置汉口巡检司。清光绪二十五年（1899）汉口从汉阳划出置夏口厅。
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。1914年同属江汉道。据1920年5月16日《日日新闻》：当时，汉口人口为40万人，汉阳8万人，武昌31万人。1924年，湖北省在武昌设立市政筹备处。1926年改武昌县城区为武昌市（12月成立市政厅），夏口县与汉阳县城区并为汉口市。
1927年1月1日，中央临时联席会议宣布，国民政府在汉口开始办公。国民政府命令将武昌、汉口、汉阳三镇合为京兆区，定名“武汉”，作为临时首都。4月16日，武汉市政委员会成立，武昌市政厅撤销；三镇首次统一行政建制。。1929年武汉分治，武昌、汉阳县城划出，汉口仍为特别市。1931年汉口为省辖市，1932年改为特别市。
1929年6月21日，湖北省政府组建武昌市政委员会。1931年4月，武昌市政委员会改为武昌市政筹备处。1946年10月1日，武昌市政府成立。市辖区域66平方千米，人口176379人。市区范围：东北至任家路，西南至白沙洲，东南至洪山口，西北至长江中线。辖中正、大朝街、宾阳、粮道街、胡林翼、积玉桥、金白洲、徐家棚8个镇公所。12月1日，将镇公所改区。1946年，汉阳城区划归武昌市管辖。
1949年5月16日武汉三镇解放；同年合武昌市、汉口市和汉阳县城为武汉市，由中央人民政府直辖。1950年改由中南军政委员会领导，中南军政委员会驻汉口。1952年由中南行政委员会领导，并为其驻地。1954年改湖北省辖市，为省人民政府驻地。
1959年原孝感专区所属孝感、通城、应山、蒲圻、大悟（驻二郎店）、嘉鱼、黄陂、汉阳（驻蔡甸镇）、武昌、汉川、咸宁、应城、通山、云梦、崇阳、安陆等16县划归武汉市领导。1960年撤销通城县，并入崇阳县；撤销嘉鱼县，并入武昌县；撤销蒲圻县，并入咸宁县；撤销云梦县，并入安陆县。辖12县。1961年将孝感、应山、大悟、黄陂、汉阳、武昌、汉川、咸宁、应城、通山、崇阳、安陆等12县划归孝感专区。1979年原属咸宁地区的武昌县（驻纸坊镇）和原属孝感地区的汉阳县（驻蔡甸镇）划归武汉市领导。
1983年8月19日，国务院批准将孝感地区的黄陂县，黄冈地区的新洲县划归武汉市。1984年，设立武汉市汉南区。1992年9月12日，民政部批准（民行批[1992]101号）撤销汉阳县，设立武汉市蔡甸区，区人民政府驻蔡甸镇。1995年3月28日，国务院批准（国函[1995]23号）撤销武昌县，设立武汉市江夏区，区人民政府驻纸坊镇。
1996年，全市面积8467.11平方千米，人口700万人（根据《政区大典》）。市政府驻江岸区。辖江岸、江汉、硚口、汉阳、武昌、青山、洪山、东西湖、汉南、蔡甸、江夏11区和黄陂、新洲2县。
1998年9月15日，国务院批准（国函[1998]77号）：撤销新洲县，设立武汉市新洲区，以原新洲县的行政区域为新洲区的行政区域，区人民政府驻城关镇；撤销黄陂县，设立武汉市黄陂区，以原黄陂县的行政区域为黄陂区的行政区域，区人民政府驻前川镇。
2000年第五次全国人口普查，武汉市总人口8312700人。其中：江岸区723118人，江汉区596768人，硚口区686318人，汉阳区507772人，武昌区976303人，青山区443643人，洪山区878379人，东西湖区298479人，汉南区98901人，蔡甸区512444人，江夏区634149人，黄陂区1054046人，新洲区902380人。