Di tích khảo cổ quan trọng gắn liền nền văn hóa Sa Huỳnh được tìm thấy lần đầu tiên tại Thừa Thiên Huế năm 1987 là di tích Cồn Ràng (La Chữ, Hương Trà) đã cho thấy chủ nhân của nền văn hóa này đã đạt đến trình độ cao trong đời sống vật chất lẫn tinh thần cách đây trên dưới 2.500 năm. Dấu ấn của nền văn hóa này còn được tìm thấy ở Cửa Thiềng (Phú Ốc, Tứ Hạ, Hương Trà) vào năm 1988. cùng với nền văn hóa Sa Huỳnh, các nhà khoa học còn tìm thấy những vết tích chứng tỏ sự hiện diện của nền văn hóa Đông Sơn ở Thừa Thiên Huế. Minh chứng là chiếc trống đồng loại 1 đã được phát hiện ở Phong Mỹ, Phong Điền năm 1994. Đây là một trong những di vật độc đáo của nền văn hóa Việt Cổ.
Theo các tư liệu xưa, từ hàng nghìn năm trước, Thừa Thiên Huế đã từng là địa bàn cư trí của những cộng đồng cư dân mang nhiều sắc thái văn hóa khác nhau. Tương truyền vào thời kỳ hình thành Nhà nước Văn Lang - Ân Lạc, Thừa Thiên Huế là một vùng đất của bộ Việt Thường. Tới đầu thời kỳ Bắc thuộc, vùng đất này thuộc Tượng Quận. Năm 116 trước công nguyên, quận Nhật Nam ra đời thay thế cho Tượng Quận. Sau chiến thắng Bạch Đằng lịch sử của Ngô Quyền (năm 938), Đại Việt giành được độc lập. Trải qua nhiều thế kỷ phát triển, Thừa Thiên Huế trở thành địa bàn giao thoa giữa hai nền văn hóa lớn của phương Đông với nền văn hóa của các cư dân bản địa. Với lời sấm truyền "Hoành sơn nhất đái, vạn đại dung thân" (một dải Hoành Sơn, có thể yên thân muôn đời), năm 1558, Nguyễn Hoàng xin vào trấn giữ xứ Thuận Hóa, khởi đầu cơ nghiệp của các chúa Nguyễn.
Từ đây, quá trình phát triển của vùng đất Thuận Hóa - Phú Xuân gắn liền với sự nghiệp của 9 đời chúa Nguyễn ở Đàng Trong. Sau 3 thế kỷ từ khi trở về với Đại Việt, Thuận Hóa là vùng chiến tuyến tranh giành quyền lực giữa Đàng Trong và Đàng ngoài, ít có thời gian hòa bình nên chưa có điều kiện hình thành những trung tâm dân cư sầm uất theo kiểu đô thị. Sự ra đời của thành Hóa Châu (khoảng cuối thế kỷ XV, đầu thế kỷ XVI) có lẽ chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn với tư cách là tòa thành phòng thủ chứ chưa phải là nơi sinh hoạt đô thị của xứ Thuận Hóa thời ấy. Mãi đến năm 1636, khi chúa Nguyễn Phú Lan dời phủ đến Kim Long, quá trình đô thị hóa trong lịch sử hình thành và phát triển của thành phố Huế sau này mới được bắt đầu. Hơn nữa thế kỷ sau, năm 1687, chúa Nguyễn Phúc Thái lại dời phủ chính đến làng Thụy Lôi và đổi tên thành Phú Xuân (ở vị trí tây man trong kinh thành Huế hiện nay), tiếp tục xây dựng và phát triển Phú Xuân thành một trung tâm đô thị phát đạt của xứ Đàng Trong. Tuy có lúc, Phủ Chúa dời ra Bác Vọng (1712-1723), nhưng khi Võ Vương lên ngôi lại cho dời phủ chính vào Phú Xuân và dựng ở "bên tả phủ cũ", tức góc đông nam kinh thành Huế hiện nay.
Sự nguy nga bề thế của thành Phú Xuân dưới thời Nguyễn Phúc Khoát đã được Lê Quý Đôn mô tả trong "Phủ biên tạp lục" năm 1776 và tro