西周为王畿地。春秋分别为秦、晋地。战国属秦。秦为内史地。西汉以渭河南、北分属京兆尹和左冯翊。东汉建武十五年（39年）析京兆尹东部地（今华阴市、潼关县地）属弘农郡。三国魏改左冯翊为冯翊郡，郡治由高陵迁临晋（今大荔城关镇），属雍州。十六国前秦甘露二年（360年）置渭南县，故治在今市北，后废。
北魏太平真君元年（440年）析京兆、冯翊、弘农三郡地于郑县（今华县城关镇）置华山郡；太和二年（478年）析澄城郡地于白水县（今白水县北部）置白水郡，五年又于南新丰县（今临渭区渭河南）置渭南郡，十一年迁华山郡治于华阴县（今大荔县城关镇）并析雍州东部地置华州，初治李润堡（今大荔县西北）后移治华阴县，领华山、澄城、白水三郡。孝昌三年（527年）于今市东南4里置渭南郡及南新丰县，改华山郡为武乡郡。永熙三年（534年）析华州南部地于郑县置东雍州及华山郡。
西魏废帝二年（553年）改南新丰县为渭南县。三年省东雍州，迁华州治于郑县，领华山、白水二郡；于武乡县置同州，领武乡、澄城二郡。北周省渭南郡；建德三年（574年）于夏封县（今临渭区渭河以北）置延寿郡，属雍州。隋开皇三年（583年）废郡存州；开皇十四年移渭南县于今市。大业三年（607年）废同州，于州治复设冯翊郡，省华州，其地分属京兆、冯翊二郡。
唐武德元年（618年）复废冯翊郡置同、华二州，八年西韩州治迁韩城县，属关内道；贞观八年（634年）废西韩州；垂拱元年（685年）华州更名太州；神龙元年（705年）复名华州。宋属永兴军路。金贞祐三年（1215年）于韩城置祯州，三州均属京兆府路。蒙古至元元年（1264年）废祯州，二年复设，六年又废，属奉元路。明属西安府。清雍正三年（1725年）升同、华二州为直隶州，十三年又升同州为同州府并降华州为同州府所辖的散州。1913年废州、府，以县属关中道。1928年废道，由省领县。
1948年在合阳设陕甘宁边区大荔分区。1949年5月在渭南设陕甘宁边区渭南分区。1950年渭南、大荔二分区合并，于渭南设渭南专区，辖13县。1952年原咸阳专区的富平、耀县、三原、泾阳、高陵五县划入。1956年撤销渭南专区，辖县属省。1961年复设渭南专区，辖14县。1969年更名渭南地区。1979年将耀县划归铜川市。1983年9月9日，国务院批准：撤销渭南县，设立渭南市（县级）；撤销韩城县，设立韩城市（县级）；临潼、蓝田二县划归西安市。1990年12月27日，国务院批准撤销华阴县，设立华阴市（县级）。
1994年12月17日，国务院批准（国函[1994]136号）：（1）撤销渭南地区和县级渭南市，设立地级渭南市，市政府驻东风街83号。（2）渭南市新设临渭区，以原渭南市的行政区域为临渭区的行政区域，区政府驻前进路。（3）渭南市辖原渭南地区的华县、潼关县、大荔县、合阳县、澄城县、蒲城县、白水县、富平县和新设立的临渭区。原渭南地区的韩城市、华阴市由省直辖。
1996年，渭南市面积13134平方千米，人口约516.4万人。市政府驻临渭区。辖临渭区及华县、潼关、白水、蒲城、大荔、澄城、合阳、富平8县，代管华阴、 韩城2个县级市。
2000年第五次人口普查，渭南市常住总人口5292200人；其中，临渭区888866人、华县350228人、潼关县147833人、大荔县706948人、合阳县432313人、澄城县372150人、蒲城县738675人、白水县277716人、富平县747942人、韩城市387041人、华阴市242488人。
2010年第六次人口普查，渭南市常住总人口5286077人，其中：临渭区877142人，华县322148人，潼关县155463人，大荔县693392人，合阳县436441人，澄城县386150人，蒲城县743000人，白水县279679人，富平县743385人，韩城市391164人，华阴市258113人。
2012年末，渭南市面积13032.9平方千米，户籍人口5650700人，常住人口532.1万人。2013年末，渭南市共有12个街道、130个镇，202个社区、3198个行政村，市政府驻临渭区。
2015年10月13日，《国务院关于同意陕西省调整渭南市部分行政区划的批复》（国函[2015]186号）：同意撤销华县，设立渭南市华州区，以原华县的行政区域为华州区的行政区域，华州区人民政府驻华州街道新华大街1号。