Chengdu war für über 2.000 Jahre eines der kulturellen Zentren in West- und Südwestchina. Als wichtigste Stadt des durch Gebirgsketten wie dem Qinglinshan im Norden vom Rest Chinas abgetrennten roten Beckens war Chengdu im Laufe der Geschichte immer wieder Hauptstadt eigenständiger sichuanesischer Reiche.
Im frühen 4. Jahrhundert v. Chr. verlegte der Herrscher von Shŭ (蜀) seine Residenz an den jetzigen Ort der Stadt. In Anlehnung an die Geschichte der Hauptstadtverlegung eines Königs von Zhou nannte er sie Chengdu (dt.: werde Hauptstadt)
316 v. Chr. wurde das Reich Shu durch die Dynastie der Qin erobert und Chengdu damit Teil des chinesischen Reichs. Die Zähmung des Min durch die Errichtung des Dujiangyan-Bewässerungssystems bis 251 v. Chr. wurde zur Grundlage der reichen landwirtschaftlichen Erträge der Gegend von Chengdu.
Während der Zeit der frühen Han wurde Chengdu mit einer Strasse, die über den Zhongnanshan und das Baoxie-Tal führte, mit der Hauptstadt Chang'an verbunden und ab 130 v. Chr. Richtung Südost mit Guangdong. Die Gegend von Chengdu ist zu dieser Zeit bekannt für Gewerbe wie Eisengiesserei, den Abbau von Salzbrunnen, Lackarbeiten und vor allem die Herstellung von Brokatstoffen. Letzteres hatte solche Bedeutung, dass Chengdu auch den Beinamen Jĭnchéng (锦城;dt.: Brokatstadt) erhielt. Zur Zeit der späteren Han hatte Chengdu 76.000 Einwohner was es zu einer der sechs chinesischen Metropolen (die anderen waren Chang'an, Luoyang, Handan, Lintao und Wan) dieser Zeit machte. Zu dieser Zeit lebten mit den Dichtern Sima Xiangru (†117 v. Chr.) und Yang Xiong (†18 n. Chr.) bekannte Verfasser von höfischer Literatur in Chengdu.
Chengdu war während der Zeit der drei Reiche Hauptstadt des Reiches Shŭ-Hàn (蜀汉;221-263), das von Liu Bei (161-223) gegründet wurde.
Während der Tang-Dynastie verbrachten unter anderen die berühmten Dichter Lǐ Bái (李白) und Dù Fǔ (杜甫) einen Teil ihres Lebens in Chengdu. Du Fu war während seines Aufenthalts von 760-765 in großen finanziellen Schwierigkeiten und lebte in einer einfachen Strohhütte. Während der das Ende der Tang einläutenden An-Lushan-Revolte 755 war auch der Kaiser Xuanzong nach Chengdu geflohen.
Im 9. Jahrhundert fiel das Reich Nánzhào (南诏) regelmäßig in Sichuan ein und besetzte um 868 eine Zeitlang Chengdu.
Während der auf den Zerfall des Reichs der Tang folgenden Fünf Dynastien war Chengdu bis zur Rückeroberung 965 Hauptstadt des separatistischen Reichs der späteren Shu (后蜀, hòushŭ). Zu dieser Zeit wurden unter derem König Mengchang auf den Stadtmauern Hibiskus in so großer Zahl angepflanzt, daß die Stadt einen weiteren Namen erhielt: Róngchéng (蓉城), die Hibiskusstadt. 993 bis 995 gab es Aufstände der Brokathandwerker gegen die neuerrichtete Herrschaft der Song, die von Wang Xiaobo und Li Shun angeführt wurden.
Im Tee- und Salzhandel wurden ab dem 9. Jahrhundert zunehmend Wechsel als Zahlungsmittel verwendet. Das erste staatliche Papiergeld taucht im Jahr 1024 in Chengdu auf. Ohnehin ist Chengdu eines der frühen Zentren der Druckkunst. Neben frühen Ausgeben der "Vier Bücher" und der "Fünf Klassiker" wurde zwischen 972 und 983 der buddhistische Kanon mit einem Gesamtumfang von 1076 Werken gedruckt.
Zur Zeit der Song und Yuan ist Chengdu ein florierendes Zentrum der Seiden- und Brokatweberei, Papierherstellung und Buchdruckerei, sowie Verwaltungszentrum.
Im zerfallenden Reich der Ming eroberte der Rebellenanführer Zhang Xianzhong Chengdu. Im September 1644 verkündete er die Gründung des Großen Westreichs (大西,Dàxī), das bis 1646 als brutale Terrorherrschaft bestand. Ende 1646 ließ er Chengdu zerstören und stellte sich am 2. Januar 1647 mit seinem Heer mandschurischen Truppen, die die Schlacht gewannen und ihn töteten.
1949 war Chengdu die letzte Stadt auf dem Festland, die die Kuomintang bis zu ihrer Flucht nach Taiwan verteidigte. Am 10. Dezember 1949 eroberten kommunistische Einheiten die Stadt.