Im Unterschied zu den meisten anderen schweizerischen Grossstädten stieg Zürich im Frühmittelalter in den Rang einer Stadt auf. In Turicum (urbs) gab es zwar bereits zur Römerzeit eine Zollstation und ein Kastell, die zugehörige Siedlung kann aber noch nicht als Stadt bezeichnet werden. Das frühmittelalterliche, alemannische Zürich war eng verbunden mit dem Herzogtum Schwaben und zwei bedeutenden geistlichen Stiftungen der deutschen Könige, dem Grossmünster und dem Fraumünster, die dem Kult um die Stadtpatrone Felix und Regula geweiht waren. Nach dem Zerfall der zentralen Gewalt im Herzogtum Schwaben und dem Aussterben der Zähringer 1262 konnte sich Zürich den Status der Reichsunmittelbarkeit sichern. Der Titel einer Reichsstadt bedeutete de facto die Unabhängigkeit der Stadt. De jure löste sich Zürich jedoch erst 1648 von der Oberhoheit des Kaisers des Heiligen Römischen Reiches.
Im Innern wurden die Geschicke Zürichs seit der Zunftrevolution durch Bürgermeister Rudolf Brun im Jahr 1336 durch den Stadtadel und die Handwerkervereinigungen (Zünfte) gemeinsam geleitet (Brunsche Zunftverfassung). 1351 schloss sich Zürich zur Sicherung seiner Unabhängigkeit gegen das aufstrebende süddeutsche Adelsgeschlecht der Habsburger der schweizerischen Eidgenossenschaft an und wurde zusammen mit Bern zum Vorort dieses Staatenbundes. Der wohl bis heute wichtigste Beitrag Zürichs zur Weltgeschichte war die Reformation von Ulrich Zwingli. Unter seiner geistigen Führung wurde seit 1519 Zürich zum reformierten Rom an der Limmat. Auch die Täuferbewegung nahm ihren Ausgangspunkt in Zürich.
In ihrem Umland eroberte und erwarb Zürich bedeutende Territorien, die der Stadt bis 1798 politisch untergeordnet waren. Mit dem Untergang der freien Republik der Stadt Zürich nach dem Einmarsch der Franzosen in die Schweiz ging die Stadt zusammen mit dem ehemaligen Untertanenland im neuen Kanton Zürich auf. Im beginnenden 19. Jahrhundert kam es zwar zu einer kurzfristigen Restauration der städtischen Vorherrschaft im Kanton, die jedoch von kurzer Dauer war. Zürich ist seitdem nunmehr der Hauptort des gleichnamigen Kantons Zürich.
Der Aufstieg Zürichs zum wirtschaftlichen Zentrum der Schweiz begann bereits mit der Textilindustrie im 18. und 19. Jahrhundert. Unter der politischen und wirtschaftlichen Führung der Liberalen, insbesondere von Alfred Escher, wurde die führende Rolle Zürichs ab 1846 durch die Gründung von zahlreichen Banken und Versicherungen auch auf den Finanz- und Dienstleistungssektor ausgedehnt. Seit dem Niedergang der Zürcher Industrie in der Nachkriegszeit hat die Bedeutung dieses Sektors noch zugenommen.
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts begann ein bis in die 1970er-Jahre andauernder Bauboom, der Zürich von einer Kleinstadt zur Grossstadt mit all ihren Problemen wachsen liess. Das stürmische Wachstum beschränkte sich zuerst auf einen Um- und Neubau des Zentrums, erfasste aber zunehmend auch die umliegenden ländlichen Gemeinden. In zwei Eingemeindungswellen wurden 1893 und 1935 20 Landgemeinden mit der alten Stadtgemeinde zusammengefasst. Die Errichtung eines «Millionenzürich» scheiterte jedoch bis heute. Während nämlich ursprünglich die Finanzstärke der Stadt bzw. die leeren Kassen der Vororte Motor der freiwilligen Stadterweiterungen waren, sind heute die verbleibenden Vororte finanziell eher besser gestellt als die Stadt. Dies schlägt sich insbesondere in den Steuersätzen nieder.
Im 20. Jahrhundert stand Zürich politisch im Bann der Arbeiterbewegung. Schon vor dem Landesstreik 1918 war in Zürich die Konfrontation zwischen Bürgertum und Arbeiterschaft besonders heftig ausgefallen, da Zürich grosse Industriebetriebe mit tausenden von Arbeitern aufwies, aber auch eine Hochburg des Grossbürgertums war. In der Zwischenkriegszeit wurde das Rote Zürich zu einem Aushängeschild für die Regierungsfähigkeit der Sozialdemokratie. Trotzdem wurde gerade in Zürich 1939 die als Landi bekannt gewordene Landesausstellung zu einem Symbol für den Zusammenhalt und den Widerstandswillen der Schweiz im Zeichen der Geistigen Landesverteidigung gegen Hitlerdeutschland. Schliesslich wurde 1943 der Zürcher Stadtpräsident Ernst Nobs als erster Sozialdemokrat in den Bundesrat gewählt. In der Nachkriegszeit blieb Zürich Sammelbecken und Bühne für Protestbewegungen, wie 1968 anlässlich der Globus-Krawalle und 1980 für die Jugendunruhen. Noch heute ist der 1. Mai in Zürich jährlich Grosskampftag für die Polizei und den «Schwarzen Block».
In den 1980er Jahren war Zürich in einem Teufelskreis zwischen der Nachfrage nach mehr Bürofläche in der Innenstadt, der Stadtflucht und der drohenden Verslumung ganzer Stadtkreise wegen der Drogenprobleme gefangen. Massnahmen zur Attraktivitätssteigerung der Innenstadt wie die Verkehrsbefreiung des Niederdorfs konnten nicht verhindern, dass die Innenstadt Zürichs immer unattraktiver wurde. Veränderungen schienen unmöglich – 1986 brachte die damalige Baudirektorin Ursula Koch mit ihrem berühmtgewordenen Satz «Zürich ist gebaut» die Perspektivlosigkeit der Politik in Bezug auf die weitere Zukunft Zürichs zum Ausdruck. Erst Mitte der 1990er Jahre konnte die Blockade überwunden werden, zuerst durch eine neue Bau- und Zonenordnung 1996 und die Liberalisierung des Gastgewerbegesetzes 1997. Besonders letzteres wirkte enorm belebend auf das Nachtleben Zürichs und liess innerhalb kürzester Zeit unzählige neue und innovative Restaurants, Bars und Diskotheken aus dem Boden schiessen. 1998 konnte unter dem neuen Baudirektor Elmar Ledergerber (seit 2002 Stadtpräsident) die jahrelang nur langsam vorankommende Neugestaltung der Industriebrachen in Zürich-West und in Oerlikon beschleunigt werden, so dass sich bis heute an beiden Standorten trendige und moderne neue Stadtquartiere entwickeln konnten. Zürich wurde durch diese plötzlich rasante Modernisierung wieder zu einer pulsierenden Metropole, für die sich das Schlagwort «Downtown Switzerland» etabliert hat.