北京在春秋战国时期就是燕国的首都，辽朝的时候北京是辽朝的陪都，号南京幽都府
金国贞元元年（1153年），金海陵王完颜亮正式建都于燕京，称为中都，在今北京市西南。
铁木真麾下大将木华黎于嘉定八年（1215年）攻下北京，遂设置燕京路大兴府。元世祖至元元年（1264年），改称中都路大兴府。至元九年（1272年），中都大兴府正式改名为大都路，也就是元大都。元大都成为全中国的交通中心，北到岭北行省，东到奴儿干都司（治所黑龙江下游），西到西藏地方，南到海南，都在此交流。从这一时期起，北京成为中国的首都。
明朝初年，以应天府（今南京）为京师，大都路于洪武元年（1368年）八月改称为北平府，同年十月应军事需要划归山东行省。洪武九年（1376年），改为北平承宣布政使司驻地。燕王朱棣经靖难之变后夺得皇位后，于永乐元年（1403年），改北平为北京，是为“行在”（天子行銮驻跸的所在，就称“行在”）且常驻于此，如今的北京也从此得名。永乐十九年（1421年）正月，明朝中央政府正式迁都北京，以顺天府北京为京师，应天府则作为留都称南京。
明仁宗、明英宗的部分时期，北京还曾一度降为行在，京师复为南京应天府。
明清时设置顺天府管辖首都地区，地位与北京市类似，但管辖面积不同。
清兵入关后即进驻北京，也称北京为京师顺天府，属直隶省。
清咸丰十年（1860年），英法联军打进北京并签订
《北京条约》。清光绪二十六年（1900年），
八国联军再次打进北京，大量文物被侵略军和坏民劫掠。1901年在京与十一个国家签署了
《辛丑条约》。
辛亥革命后的民国元年（1912年）1月1日，
中华民国定都南京，同年3月迁都北京。民国伊始，北京的地方体制仍依清制，称顺天府。
民国三年（1914年），改顺天府为京兆地方，范围规格与顺天府大致相同，直辖于中央政府北洋政府。这一时期，北京新建了有轨电车系统，和一批现代的文化教育机构，如北京大学、
北京师范大学、燕京大学、辅仁大学、北京协和医学院等。
民国十七年（1928年）六月，北伐战争后，首都迁回南京，撤销原京兆地方，北京改名为北平特别市，后改为北平市，隶属于南京国民政府行政院。
民国十九年（1930年）6月，北平降格为河北省省辖市，同年12月复升为院辖市。
民国二十六年（1937年）
七七事变后，
抗日战争全面爆发。北平被日本占领，伪中华民国临时政府在此成立，且将北平改名为北京。中国共产党领导人民建立晋察冀抗日根据地，进行民族革命战争。
民国三十四年（1945年）8月21日，入侵北京的日本军队宣布投降，第十一战区孙连仲部接收北京，并重新更名为北平。北平市所辖范围较之前顺天府、京兆地方及北京市为小，大致包括今西城区、东城区全境，朝阳区大部、海淀区南半部、石景山区南部和丰台区北半部。
1949年1月，在原国民党时期20个区的基础上临时划定32个区，4月将32个区合并为26个区，6月接管任务完成后调整为20个区。
1949年1月31日，
傅作义与中国共产党达成和平协议，率领25万国民党军队投向共产党，中国人民解放军进入北平市，北京和平解放。1949年9月27日中国人民政治协商会议第一届全体会议通过《关于中华人民共和国国都、纪年、国歌、国旗的决议》，北平更名为北京。1949年10月1日，中华人民共和国中央人民政府在北京宣告成立。