椐史料記載，今延安市境，夏屬雍州，商屬鬼方，西周為犬戎與獫狁領(lǐng)土。春秋時(shí)為白翟部族所居。戰(zhàn)國(guó)初期，中部和北部屬魏，南部屬秦，后全部為秦。秦統(tǒng)一六國(guó)（前221）后，本境屬上郡。北魏在今市境南部設(shè)北華州和中部、敷城、義州、樂(lè)州4郡，北部設(shè)東夏州和遍城、定陽(yáng)、上郡、朔方4郡，以及夏州的金明郡。西魏始設(shè)延州、敷州、丹州。
隋開(kāi)皇三年（583），撤遍城、文安、中部、敷城、丹陽(yáng)、樂(lè)州、金明7郡，仍設(shè)延州、敷州、丹州。大業(yè)三年（607），廢州制，設(shè)上郡和延安郡。隋義寧元年（617），增設(shè)丹陽(yáng)郡。唐屬關(guān)內(nèi)道。武德元年（618），撤上郡、延安、丹陽(yáng)3郡，設(shè)鄜州、延州、丹州。武德二年（619）增設(shè)坊州。天寶元年（742）廢州制，設(shè)延安、洛交、中部、咸寧4郡。乾元元年（758）又廢郡制，復(fù)設(shè)延州、丹州、坊州、鄜州。
宋屬永興軍路，仍設(shè)延州、鄜州、坊州、丹州。宋初，西北部被西夏占據(jù)。收復(fù)后，設(shè)保安、定邊2軍。慶歷元年（1041），設(shè)鄜延路。元佑四年（1089）延州升延安府。金仍設(shè)鄜延路，初轄延安府、鄜州、坊州、丹州、綏德州（轄地在今榆林市）及保安、定邊2軍。皇統(tǒng)六年（1146），撤定邊軍。大定十一年（1171），降保安軍為保安縣。大定二十二年（1182），升保安縣為保安州。
元置延安路，領(lǐng)鄜州、葭州、綏德州（后2州在今榆林市區(qū)）。明洪武二年（1369）五月，延安路改設(shè)延安府。清雍正三年（1725年），鄜州升直隸州。本區(qū)有兩個(gè)省轄行政建置延安府和鄜州。民國(guó)2年（1913），撤府、州，屬縣改隸榆林道。民國(guó)9年（1920），道治遷置膚施城。民國(guó)17年（1928），廢道，諸縣由省直轄。民國(guó)24年（1935）9月，國(guó)民政府在洛川設(shè)陜西省第三行政督察區(qū)。
民國(guó)23年（1934年）建立陜甘邊和陜北兩個(gè)蘇區(qū)。1935年10月中央紅軍長(zhǎng)征到達(dá)陜北后，11月于瓦窯堡成立中華蘇維埃共和國(guó)臨時(shí)中央政府駐西北辦事處，陜甘邊和陜北兩個(gè)蘇區(qū)改稱陜甘省和陜北省。1936年5月合為陜甘寧省，西安事變爆發(fā)后（12月）改稱中華民國(guó)特區(qū)。1937年1月中共中央進(jìn)駐延安，9月6日成立陜甘寧邊區(qū)政府（11月10日改稱陜甘寧特區(qū)，1938年1月復(fù)稱陜甘寧邊區(qū)），并改延安縣為市。
1942年7月，陜甘寧邊區(qū)政府決定新建吳旗縣，隸屬三邊分區(qū)；11月，設(shè)延屬分區(qū)。1943年1月，成立延屬分區(qū)行政督察專員公署，轄延安市和延安、子長(zhǎng)、延川、延長(zhǎng)、固臨、甘泉、富縣、志丹、安塞9縣。1945年5月，陜甘寧邊區(qū)政府遷往西安市；11月5月，改延屬分區(qū)為陜北行政區(qū)。1948年1月，黃龍分區(qū)行政督察專員公署成立，轄洛川、黃陵、宜君、宜川、黃龍、澄城、韓城、合陽(yáng)、白水、富平10縣。
1950年5月改設(shè)陜西省延安分區(qū)，成立陜西省延安分區(qū)行政督察專員公署；10月，稱延安專區(qū)，設(shè)陜西省人民政府延安專員公署，轄延安、延長(zhǎng)、安塞、志丹、吳旗、甘泉、鄜縣、洛川、宜川、黃陵、宜君、黃龍12縣。1955年5月，改稱延安專員公署，各縣人民政府改稱縣人民委員會(huì)。1956年10月，綏德專區(qū)之延川、子長(zhǎng)2縣改屬延安專區(qū)。延安專區(qū)轄延安、延長(zhǎng)、延川、子長(zhǎng)、安塞、志丹、吳旗、甘泉、鄜縣、洛川、宜川、黃陵、宜君、黃龍14縣。
1958年12月，撤銷延川、安塞、甘泉、鄜縣、宜君、黃龍、吳旗7縣，轄地并入延長(zhǎng)、延安、志丹、子長(zhǎng)、宜川、洛川、黃陵7縣。1961年9月，延川、安塞、甘泉、鄜縣、宜君、黃龍、吳旗恢復(fù)縣級(jí)建制。延安專區(qū)仍轄14縣。1968年8月，成立延安專區(qū)革命委員會(huì)。1969年9月30日，改稱延安地區(qū)革命委員會(huì)。1972年3月，成立縣級(jí)延安市，與延安縣分設(shè)；延安地區(qū)轄1市14縣。
1975年8月，撤延安縣，轄地并入延安市；延安地區(qū)領(lǐng)1市13縣。1978年6月，延安地區(qū)革命委員會(huì)撤銷，成立延安地區(qū)行政公署。1983年10月，宜君縣劃歸銅川市；延安地區(qū)領(lǐng)延安市及延長(zhǎng)、延川、子長(zhǎng)、安塞、志丹、吳旗、甘泉、富縣、洛川、宜川、黃龍、黃陵12縣。
1996年11月5日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)（國(guó)函[1996]84號(hào)）：（1）撤銷延安地區(qū)和縣級(jí)延安市，設(shè)立地級(jí)延安市，市政府駐新設(shè)立的寶塔區(qū)。（2）延安市設(shè)立寶塔區(qū)，以原縣級(jí)延安市的行政區(qū)域?yàn)閷毸䥇^(qū)的行政區(qū)域。（3）延安市轄原延安地區(qū)的安塞縣、黃陵縣、延長(zhǎng)縣、志丹縣、洛川縣、延川縣、甘泉縣、黃龍縣、子長(zhǎng)縣、富縣、宜川縣、吳旗縣和新設(shè)立的寶塔區(qū)。全市共有3個(gè)街道、48個(gè)鎮(zhèn)，146個(gè)鄉(xiāng)，162個(gè)居委會(huì)、3416個(gè)行政村，463354戶1903756人，其中非農(nóng)業(yè)人口362332人。1997年1月8日，延安市人民政府正式掛牌成立。
2000年第五次人口普查，延安市常住總?cè)丝?016787人。其中：寶塔區(qū)403868人、延長(zhǎng)縣128551人、延川縣164902人、子長(zhǎng)縣207972人、安塞縣160771人、志丹縣124449人、吳旗縣112524人、甘泉縣76705人、富縣141760人、洛川縣200573人、宜川縣111685人、黃龍縣49039人、黃陵縣133988人。
2005年10月17日，民政部批準(zhǔn)（民函[2005]278號(hào)）同意吳旗縣更名為吳起縣（駐地吳旗鎮(zhèn)于2007年更名為吳起鎮(zhèn)）。2007年末，全市常住人口213.49萬(wàn)人。
2010年第六次人口普查，延安市常住總?cè)丝?187009人，其中：寶塔區(qū)475234人，延長(zhǎng)縣125391人，延川縣168375人，子長(zhǎng)縣216910人，安塞縣171552人，志丹縣140489人，吳起縣145061人，甘泉縣77188人，富縣149727人，洛川縣220684人，宜川縣117203人，黃龍縣49392人，黃陵縣129803人。
2012年末，延安市面積37031.3平方千米，戶籍人口2354094人，常住人口219.81萬(wàn)人。2013年末，延安市共有3個(gè)街道、91個(gè)鎮(zhèn)、31個(gè)鄉(xiāng)，106個(gè)社區(qū)、3380個(gè)行政村，市政府駐寶塔區(qū)。