據《今縣釋名》：“治東北有桂山，桂生其巔，”故名。春秋屬百越。秦置桂林郡，這是“桂林”名稱的最早起源，但郡治不在今天的桂林市。漢元鼎六年（公元前111年）設始安縣，隸屬荊州零陵郡。東漢時改屬始安侯國。三國時先屬蜀，后歸吳。甘露元年（265年）置始安郡、始安縣，郡縣治所都在今之桂林。隋唐時屬嶺南桂州總管府。唐武德四年（621年），李靖修城于獨秀峰南。貞觀八年（634年）改名臨桂縣，屬桂州始安郡。光化三年（900年）始，屬靜江節度。五代十國時先后屬楚和南漢的桂州。宋屬廣南西路桂州，后屬靜江府。元屬廣西行中書省靜江路。明清為桂林府。

1912年廢臨桂縣入桂林府。1913年6月廢桂林府，改為桂林縣，屬漓江道（1914年改桂林道），1927年直屬廣西省。1940年析桂林縣置桂林市，余境復置臨桂縣。1981年5月7日，國務院批準（國函[1981]44號）將原桂林地區的陽朔縣劃歸桂林市管轄（7月實施）；同時靈川縣大圩公社的潛經、草坪2大隊和茯荔大隊的吳家、楊家2生產隊劃歸桂林市管轄。1983年10月8日，國務院批準（國函[1983]215號）將桂林地區的臨桂縣劃歸桂林市管轄。1990年2月3日，國務院批準撤銷恭城縣，設立恭城瑤族自治縣。

1996年12月2日，國務院批準：將桂林市郊區更名為雁山區，并對桂林市市轄區的行政區劃作相應調整。（1）擴大疊彩區的行政區域，將原郊區大河鄉、穿山鄉的清風村劃歸疊彩區管轄。區人民政府駐鳳北路。（2）擴大秀峰區的行政區域，將原郊區甲山鄉劃歸秀峰區管轄。區人民政府駐西鳳路。（3）擴大象山區的行政區域，將原郊區的二塘鄉、柘木鎮的同心、平山兩個村和穿山鄉的安新村劃歸象山區管轄。區人民政府駐銀錠路。（4）擴大七星區的行政區域，將原郊區的穿山鄉（不含清風、安新兩個村）、朝陽鄉劃歸七星區管轄。區人民政府駐馬坪街。（5）雁山區轄原郊區的雁山鎮、柘木鎮的（不含同心、平山兩個村）、大埠鄉、草坪回族鄉。區人民政府駐雁山鎮。12月26日，桂林市實行區劃調整，將郊區更名為雁山區。

1998年8月27日，國務院批準（國函[1998]73號）：（1）桂林市和桂林地區合并，組建新的桂林市（地級）。市人民政府駐象山區榕湖南路。（2）新的桂林市轄原桂林市的臨桂縣、陽朔縣和秀峰區、疊彩區、象山區、七星區、雁山區以及原桂林地區的靈川縣、荔浦縣、永福縣、全州縣、興安縣、灌陽縣、資源縣、平樂縣、龍勝各族自治縣、恭城各族自治縣。9月8日，桂林市和桂林地區合并組建新的桂林市。【本站注：市府大院原大門開在象山區榕湖南路，后由于兩江四湖榕湖景區建設的原因，原大門封閉，改在五美路重開大門】

2000年第五次全國人口普查,桂林市總人口4614670人。其中：秀峰區125924人、疊彩區134401人、象山區249135人、七星區227278人、雁山區67833人、陽朔縣264640人、臨桂縣424182人、靈川縣318036人、全州縣652963人、興安縣353920人、永福縣235368人、灌陽縣231288人、龍勝各族自治縣160796人、資源縣156946人、平樂縣394575人、荔浦縣346169人、恭城瑤族自治縣271216人。

2013年1月18日，《國務院關于同意廣西壯族自治區調整桂林市部分行政區劃的批復》（國函[2013]17號）：一、同意撤銷臨桂縣，設立桂林市臨桂區，以原臨桂縣的行政區域為臨桂區的行政區域。臨桂區人民政府駐臨桂鎮興臨路1號。二、桂林市人民政府駐地由象山區五美路16號遷至臨桂區西城中路69號。