洛阳地区历代都邑分布图
以洛阳为中心的河洛流域地区是华夏文明的重要核心发祥地。中国古代伏羲、女娲、黄帝、尧、舜、禹等神话传说多传于此。同时，洛阳也是中国文明历史中最为古老的帝都王城，华夏，中华，中土，中国，中原，中州等称谓均源自于古老的洛阳城和河洛文明。在今洛阳市范围内曾发现过数十处新石器时代遗址，位于洛阳西郊的王湾遗址和南郊的矬李遗址等，新石器时代遗存非常丰富。偃师市的二里头遗址距今大约3800—3500年，相当于中国历史上的夏、商时代。
1960年在二里头遗址的上层发现一处规模宏大的宫殿基址，被认为是夏朝都城所在。
周武王牧野之战伐纣，灭殷商建立周朝，分封天下诸侯。武王死后年少的成王即位，周公旦恐殷势力反周，便代周成王执政，并平定了管蔡之乱，挫败了管叔、蔡叔和商武庚的叛乱，使天下归心，周朝由此走向了长治久安。为了巩固周朝在东方的统治，成王便先遣太保召公查看山川地势，而后由周公在古时称郏的地方营建新的国都雒邑，位置在今天的洛阳王城公园附近。雒邑建设所依据的三礼图是中国最早的都市计划图，其理念极大影响着中国各个朝代的城市建设，而周公提出的方格网城市的理念比西方早600年。
秦国初年，身为秦国宰相的吕不韦被封为洛阳十万户侯，他大肆修建洛阳，洛阳逐渐繁华。东汉光武帝刘秀迁都洛阳后，在洛阳城内广建宫殿和台、观、馆、阁，然而这些建筑却在汉献帝初平元年（190年）被董卓焚烧，洛阳城毁。建安二十五年（220年）魏文帝曹丕篡汉自立，定都洛阳，洛阳得以重建，魏明帝在洛阳西北角筑金墉城。魏晋南北朝时期，由于统治阶级提倡佛教，佛寺空前盛行。在极盛时期，洛阳佛寺多达1367所，建筑宏伟，结构精丽。东魏孝静帝迁都邺后，令洛阳四十万户北迁，洛阳城逐渐荒废。汉魏时期洛阳作为首都，在文化、艺术和科技等方面所创造的价值，影响深远。
洛阳定鼎门
汉魏以后，隋朝隋炀帝营建东京洛阳，工程非常浩大，同时还开凿运河，运河修通后，向东可达东海，水路运输四通无阻。洛阳逐渐发展成为国际大都市，唐代洛阳不仅是丝绸之路的东端起点，又是水陆交通的枢纽，隋唐全盛时人口百万，四方纳贡，百国来朝，盛极一时。女皇武则天登位后将其改称为神都。洛阳城在安史之乱时遭严重破坏。北宋以首都开封府为东京，洛阳为陪都西京河南府，宋代的洛阳虽不是首都，但仍是学术中心。理学大师如程颢、程颐等人都是洛阳人，他们的学派称为“洛学”。今天的洛阳旧城也是宋代王增任河南府通判时期主持改筑的。北宋以后，随着政治中心的南移，洛阳逐渐失去昔日的辉煌，洛阳在金蒙元明清时为河南府治。
明代末年，李自成率领的明末农民起义军攻打洛阳城，城中军民死伤万余，城楼被焚，官衙被烧。清朝初年，洛阳城在一片战争的废墟上被重建起来，经历了近百年的恢复发展，至乾隆时期，洛阳已是豫西地区一个经济较为发达的城市。由于洛阳地处南北交通的大枢纽上，洛阳市场上汇聚了来自全国各地的商品，商业繁荣。鸦片战争后，洛阳传统的工商业遭到严重打击，棉纺织业却异军突起。从各个方面来看，清代洛阳的发展反映出了内陆城市发展的普遍状况，在中国开放度极低的情况下，依靠内部动力洛阳得到相当程度的发展，但在中国国门被迫打开后，受地理条件和政治等方面的制约，与沿海城市相比，洛阳的城市发展水平逐渐滞后。
洛阳历史上的情况比较复杂，容易引起误解。1.夏商时期有多次迁都史，经考古证明的是洛阳是夏晚期，商早期都城。2.中国部分朝代实行两京制。如唐，长安本为唐初全国政治和军事中心，但随着唐的发展需要，长安已不具有优势，乃在全国的经济文化中心和交通便利的地方营建东都。这种情况下的洛阳和长安并列为全国性政治中心，洛阳实际影响力甚至凌驾于长安之上，盛唐百余年（贞观至开元）在洛阳执政50余年，唐玄宗云“帝业初起,崤函乃金汤之固;天下大定,河雒为会同之府”，正说明那个时期洛阳的地位。在安史之乱后，唐遭受重创，无力经营东都，皇帝不再来洛阳执政，洛阳由此地位下降。此外，武周定都洛阳，唐末迁都洛阳，这两个时期，未实行两京制。
近现代
洛阳市
1912年2月12日，清朝末代皇帝溥仪宣告自行逊位，清朝就此结束。袁世凯当选为中华民国临时大总统后，选定洛阳作为屯兵之地，在今洛阳市西工区中州中路两侧修建新式兵营，训练新式陆军。从1914年开始，袁世凯召集石家庄等地的建筑商齐聚洛阳，大规模建设西工兵营，经过两年施工，耗资170万银两的西工兵营初具规模。兵营建成不久，袁世凯逝世，西工兵营成为各军阀交替占据的要地。
1920年9月2日，直系军阀吴佩孚战胜皖系军阀段祺瑞后进驻洛阳，在西工兵营设置了两湖巡阅使公署和陆军第三师司令部，他以雄踞洛阳，统治四方的雄心大规模扩建西工兵营，并建设飞机场，1924年他从法国购进4架飞机，成为洛阳最早的飞机，同时为控制河南，又将河南省长公署迁至洛阳。
1924年秋，直奉两系军阀再爆战争，至1927年3月，奉军占领郑州，同时，国民政府又决定继续北伐，吴佩孚自知中原不保，离开洛阳退往四川。同年5月25日，冯玉祥率领的国民革命军第二集团军打败驻守在洛阳以张治公为首领的镇嵩军，12月，冯玉祥担任河南省主席后，将西工兵营改名为新柳营，在兵营建立航空学校，培养飞行员。
1932年，日军进攻上海，1月，国民政府定洛阳为行都，各个机构都迁至洛阳办公，《淞沪停战协定》签订后，同年十二月首都迁回南京。
1938年6月，华北大部分地区沦陷，洛阳成为北方抗日前哨，国民政府第一战区长官司令部驻洛阳。
1939年秋，河南省政府再次迁洛，洛阳第二次成为河南省会。
1944年，陷于困境的日本侵略军发动了以争夺洛阳为目标的河南战役，面对数倍于己的日军，国军第15军和94师坚守洛阳21天，国军阵亡1.3万多人，仅剩1000余人。日军虽被歼2万，但不断增援，洛阳最终还是沦陷。
1948年3月7日，陈赓发起洛阳战役，经过拉锯战最终于4月5日成功占领洛阳，中国我党在洛阳的统治就此开始。
1954年，中共中央确定洛阳为重点建设城市，在第一个五年计划中，包括东方红拖拉机厂、洛阳矿山机器厂、洛阳轴承厂、洛阳铜加工厂、洛阳柴油机厂、洛阳耐火材料厂和洛阳热电厂等7个由苏联援建的大型重工业工厂被安排在洛阳西郊涧西区，洛阳遂形成一座重要的新兴重工业城市。后于三线建设时期建设的洛阳玻璃厂和80年代建设的洛阳炼油厂也成为洛阳的骨干企业。但从改革开放初期开始，国有大企业因受税务负担过重、机制不活等原因影响而变得萎靡不振，洛阳经济实力衰退，城市面貌几十年未有太大改观。进入新世纪，孙善武主政洛阳后，不惜举债大建大高楼、大马路、大广场，大拆小破房，洛阳的城市面貌焕然一新。中国国务院于2011年10月8日出台了《关于支持河南省加快建设中原经济区的指导意见》，作为中原城市群的副中心城市，洛阳市得到有力的政策支持。