夏至西周，汉中市内有褒国。先后属梁州、雍州。春秋战国时汉中市内为南郑地，先后分属巴蜀、秦国。秦惠文王更元十三年（前312），秦始置汉中郡（治在今安康市内）隶之。

东汉初，郡治迁于南郑（今汉中）。东汉末，张鲁割据汉中，改为汉宁郡；建安二十年（215），曹操征降张鲁，又改为汉中郡；建安二十四年（219），刘备占据汉中，仍设汉中郡。

三国魏景元四年（263）魏灭蜀，分梁、益二州，梁州领八郡，治于南郑。晋太康十年（289）改设汉国，不久即废。

南北朝时，汉中先后属刘宋、萧齐、北魏、萧梁、西魏、北周，内设梁州、兴州（今略阳县）、洋州（今西乡县），并置秦州及70多个侨县。

隋初，汉中内仍置梁、兴、洋州，后改为汉川郡、顺政郡、洋川郡。

唐代设梁州总管府，后改为都督府，下设梁、兴、洋、集四州；贞观元年（627），废府设道，汉中属山南道；开元二十一年（733），山南道分为东、西两道，汉中属山南西道，道治设于南郑（汉中）；天宝元年（742）设汉中郡、洋川郡、顺政郡，后又改为梁州、洋州（今洋县）、兴州；兴元元年（784）改梁州为兴元府，道、府同治于南郑，开我国历史上用帝王年号命府名之先河，兴元府地位等同于京都长安、东都洛阳、北都太原；五代十国时期，前蜀、后唐、后蜀先后据有汉中，仍设兴元府及洋、兴二州。

北宋至道三年（997）汉中内置兴元府及洋、兴二州，属峡西路；熙宁五年（1072）设利州路，其与所属兴元府，治所均设于汉中。利州路辖秦岭以南、长江以北地区。

南宋绍兴十年（1140）分利州路为东、西两路，东路治设于兴元（汉中），西路治设于兴州（略阳）；后利州东、西路几经分合。元代设兴元路于汉中，为隶属于陕西之始。

明洪武三年（1370）改路为府，设汉中府。清代设陕安道于汉中，辖汉中、兴安府（今安康市）。

1913年设汉中道，辖今汉中、安康及商洛市部分县，共25属县。

1928年，废道，县直隶于省。

1935年，设立陕西省第六行政督察区。

1949年12月6日，汉中解放，设陕甘宁边区陕南行政区汉中分区。

1996年2月21日，撤地设市，汉中地区改为地级汉中市。下辖汉台区（原县级汉中市改为汉台区）、南郑县、城固县、洋县、西乡县、勉县、宁强县、略阳县、镇巴县、留坝县、佛坪县11个县（区）。同年4月，开展撤区并乡建镇工作，全市66个区公所建制全部撤销，477个乡镇建制撤销203个。

2002年，成立汉中经济技术开发区（由南郑经济开发区和汉台经济开发区合并）。

2003年年底，汉中市辖11个县（区）和1个开发区。

2011年，撤并乡镇46个。由撤并前的226个乡镇、8个街道办事处，调整为180个镇、8个街道办事处。2015年6月乡建制在汉中消失。全市辖152个镇，24个街道办事处。2017年，南郑撤县设区，增设中所营街道办事处。

2022年年末，全市辖152个镇、25个街道办事处，有1894个行政村、300个城镇社区。