古代：
先秦时期：南京一带在 100 万至 120 万年前就有古人类活动。3100 年前，南京是西周周章的封地。汤山葫芦洞古人类化石遗址把南京地区人类活动的历史推溯到 50 万年前。公元前 473 年，越灭吴后，在今中华门西南侧建城，开创南京城垣史。西街遗址内发现的城池距今超过 3000 年，是现存南京主城地区最古老的城池遗址。越城遗址作为南京城的发祥地，自战国、秦汉到六朝始终是南京地区重要的军事据点之一。
秦汉时期：境内县置始于秦，秦始皇三十七年（前 210 年），县治于今江宁区秣陵街道，为秣陵县。秦汉时期，南京地区随经济发展建县渐多。东汉建安十六年（211 年），孙权自京口（镇江）迁至秣陵，南京成为东吴割据政权的行政中心。次年，改秣陵名建业，并于金陵邑故址建石头城。
六朝时期：东吴黄龙元年（229 年），孙权于武昌称帝，同年迁都建业（南京），这是南京建都之始。此后，东晋，南朝宋、齐、梁、陈相继定都建康（南京），前后共 320 余年，史称六朝。六朝建康城在中国都城发展史上具有重要地位，首开中轴对称布局的先例，形成了东亚都城特有的以中轴线为基准、主要建筑左右对称的布局和风格。
隋唐至明清：
隋唐时期：南京建置多次变更，江陵县县名曾改归化、金陵、白下、上元等。
五代十国：南唐建都南京，南唐后主李煜在金陵即位。
宋元时期：南宋建炎元年（1127 年），高宗赵构即位，改江宁府为建康府，为陪都，直至南宋灭亡。
明清时期：明洪武元年（1368 年），朱元璋称帝，国号大明，以应天府号京师。永乐十九年（1421 年），明成祖迁都北京，以应天府为陪都，号南京。清顺治二年（1645 年），改南京为江南省，乾隆二十五年（1760 年），增设江宁布政使司，辖江宁、淮安、徐州、扬州府。咸丰三年（1853 年），太平军攻占江宁府，改称天京，定为太平天国都城。至同治三年（1864 年），天京被清军攻陷，太平天国灭亡。
近现代：
中华民国时期：
1911 年 12 月 29 日，各省代表在南京选举孙中山为临时大总统，中华民国建立。1912 年元旦，中华民国临时政府在南京成立。
1927 年 4 月 18 日南京国民政府成立，定南京为首都，置首都特别市。1927 至 1937 年定都南京的这十年被称作中国的黄金十年，期间南京进行大规模的建设，奠定了南京现代城市发展的良好基础。
1937 年 12 月 13 日，南京沦陷，日军在南京及附近地区进行长达 40 多天的大规模屠杀，史称南京大屠杀。
1945 年 9 月 9 日 9 时，南京中央陆军军官学校大礼堂举行第二次世界大战中国战区受降仪式，日本宣布无条件投降。
1946 年 5 月，国民政府还都南京。
中华人民共和国时期：1949 年 4 月 23 日，南京解放，仍为直辖市。4 月 28 日，南京市军事管制委员会成立；5 月 10 日，南京市人民政府成立。1952 年 9 月，南京与苏南、苏北行政区合并成立江苏省；1953 年元旦，江苏省人民政府正式成立，南京改为江苏省省辖市、省会。