Schon vor der Ankunft der Spanier war der Großraum von Lima das am dichtesten besiedelte Gebiet der peruanischen Küste. Am 18. Januar 1535 wurde Lima von dem spanischen Eroberer Francisco Pizarro unter dem Namen Ciudad de los Reyes (Stadt der Könige) auf einer Eingeborenensiedlung am Südufer des Flusses Rimac gegründet. Für Pizarro waren strategische Überlegungen entscheidend, als er sich für das fruchtbare Tal des Río Rímac entschied. So befand er sich für den Notfall in der Nähe seiner Schiffe und hatte dennoch einen guten Ausgangspunkt, um relativ schnell in die Zentralanden zu gelangen.
Die Stadt beherbergte zunächst lediglich ein Dutzend Eroberer, und die Hausdächer waren aus Schilf. Ab der spanischen Besetzung wurden die Indios in Sklavenarbeit zum Städtebau herangezogen, für Lima wie für alle anderen kolonialen Städte. Am 12. Mai 1551 wurde im Dominikanerkloster Nuestra Señora del Rosario die Universität San Marcos gegründet. Über das 17. Jahrhundert war Lima das religiöse, wirtschaftliche und politische Zentrum der spanischen Kolonien Südamerikas. Lima wurde für das peruanische Gebiet das Zentrum der Unterdrückungsmassnahmen gegen die indigene Bevölkerung, u.a. mit Inquisition und Scheiterhaufen der katholischen Kirche gegen alte religiöse Bräuche, Riten und gegen die alte Heiler-Medizin.
Das Vizekönigreich umfasste neben Peru auch Chile, Bolivien, Ecuador, Kolumbien, Panama, und Teile Argentiniens. Die Stadt blühte unter dem ständigen Zufluss von Gold und Silber auf, das zunächst von den besiegten Inkas, dann aus den Minen der Anden stammte. Der Reichtum lockte in zunehmendem Maße Piraten an. Einer der bekanntesten, Sir Francis Drake, überfiel 1579 Callao, den Hafen Limas. Erst knapp hundert Jahre später errichtete man einen Schutzwall gegen die drohenden Übergriffe der Freibeuter. Zu diesem Zeitpunkt war die Einwohnerzahl Limas bereits auf über 25.000 Bewohner angestiegen. Trotz gelegentlicher Erdbeben - am 20. Oktober 1687 (5.000 Tote) und am 28. Oktober 1746 (18.000 Tote) - wuchs und gedieh die Stadt unvermindert.
Im 18. Jahrhundert wurde die Stellung der Stadt durch die Gründung der Vizekönigtümer Nueva Granada und Rio de la Plata geschwächt.