关于城市的建立有两种观点，但均与哈米尔卡·巴卡有关。第一种认为该城由古代英雄赫拉克勒斯在罗马建立前400年（大约在公元前1153年）建立，后哈米尔卡·巴卡于公元前三世纪重建并以自己的姓氏命名。而第二种说法认为哈米尔卡·巴卡直接建立了巴塞罗那。
大约在公元前15年，罗马人以“台伯山”（现市政厅附近的一座小丘）为中心将城市重新规划为一座罗马兵营。其后巴塞罗那作为罗马人的殖民地被称为Colonia Faventia Julia Augusta Pia Barcino或Colonia Julia Augusta Faventia Paterna Barcino。
城市的起源可以追溯到大约2300多年前，迦太基人在这片土地上建立了殖民地。公元前201年，罗马人在第二次古迦太基战争中征服了巴西诺。公元前1世纪，在这里设驻军并建立了椭圆形的殖民区，在四周修筑了城墙，成为了现巴塞罗那老城区的雏形。
公元415年起，巴塞罗那为迦太基公国都城。8世纪时，来自非洲的摩尔人成为此地的统治者。直到12世纪，摩尔人把巴塞罗那营建成地中海地区最大的港口之一。
巴塞罗那真正开始活跃，是在公元9世纪查尔曼国王的时代。这一时期的加泰罗尼亚自治区已脱离了伊比利亚人长期统治的史前时代。在伊比利亚人统治以前，这一区曾是腓尼基人与希腊人的殖民地。罗马人也曾占领过这里，之后哥德人及阿拉伯人的相继入侵使得法兰克人不得不设立边界防御区，一个新兴的国家也因此在庇里牛斯山东面两侧诞生。随着时间的流逝，这个由不同国家组成的国家首先独立，并且随着加泰罗尼亚自治区及阿拉贡自治区（ARAGON）的结合而成，一个以巴塞罗那为首都的王国诞生了。摩尔人之后，巴塞罗那终于首次拥有了繁荣的经济、安定的政治，这使巴塞罗那在14、15世纪达到有史以来最巅峰的状态。
公元15世纪末，加泰罗尼亚自治区及阿拉贡自治区合并成卡斯提亚王国（CASTILLA）。当阿拉贡和卡斯提亚王国合而为一成为西班牙帝国后，巴塞罗那失去了一国之都的卓然地位，首都移至国土中央的马德里，因此也相对丧失了一些建设发展上的特权；不过，作为加泰罗尼亚地区的中心都市，巴塞罗那仍拥有加泰隆尼亚人特立独行的旺盛精神，城市进步的脚步并未稍缓。
公元18世纪初王位继承战争之后，波旁王朝的菲力普五世（Felipe V）废除了加泰罗尼亚自治区多年的自治制度，建立了一个中央政府。也就是在这个时候巴塞罗那凭着其商业及生存的原动力，一跃而发展成西班牙最现代的城市。
19世纪西班牙工业开始发展，巴塞罗那于1832年建立蒸汽机纺织工厂，成为全国工业最先进的城市，也是西班牙工人运动最早兴起的城市。