Η σύγχρονη πόλη των Χανίων είναι ιδρυμένη στη θέση μίας σημαντικής αρχαίας κρητικής πόλης, της Κυδωνίας ή ku-do-ni-ja των πινακίδων της Γραμμικής Β΄ γραφής. Η παράδοση αναφέρει ότι ήταν μία από τρεις πόλεις που ίδρυσε ο βασιλιάς Μίνως στην Κρήτη (Διόδωρος V, 78.2). Όμηρος αναφέρει τους Κύδωνες μία από τις πέντε κρητικές φυλές (Οδύσσεια 3,292 και 19,176). Αλλά και ο Στράβωνας αναφέρεται στην πόλη της Κυδωνίας, την οποία θεωρεί ως την τρίτη μεγαλύτερη στην Κρήτη (10,4,7). Τα αρχαιολογικά ευρήματα που ήρθαν στο φως κατά τις ανασκαφές στον παραλιακό λόφο "Καστέλι" και τη γειτονική συνοικία "Σπλάντζια", στην Παλιά Πόλη Χανίων, αντιπροσωπεύουν όλες τις χρονολογικές φάσεις του μινωικού πολιτισμού, ξεκινώντας από την Πρωτομινωική Ι (περίπου 3650 - 3000 π.Χ.) και καταλήγοντας στην Υστερομινωική ΙΙΙ Γ (περίπου 1190 - 1070 π.Χ.) περίοδο.

Παραλιακός είναι ο σημαντικότερος πρωτομινωικός οικισμός που βρίσκεται μέσα στην πόλη των Χανίων, με κέντρο του το λόφο Καστέλλι. Μεγάλα σπίτια με καλοχτισμένα δωμάτια, φροντισμένα δάπεδα με κυκλικά κοιλώματα-εστίες, τοίχοι επιχρισμένοι με βαθύ κόκκινο κονίαμα, κανονικά θυρώματα και κεραμικά προϊόντα εξαιρετικής ποιότητας δείχνουν ότι πρόκειται για ένα σπουδαίο πρωτομινωικό κέντρο. Ο οικισμός αυτός είναι ο σημαντικότερος της Δυτικής Κρήτης. Η θέση του είναι ιδανική, γιατί όχι μόνο γειτονεύει με τη θάλασσα, αλλά περιβάλλεται και από τον πλούσιο χανιώτικο κάμπο, πληρώντας έτσι όλες τις προϋποθέσεις για την ανάπτυξη τόσο της γεωργίας όσο και της αλιείας και του θαλάσσιου εμπορίου.

Κατά την επόμενη μεσομινωική περίοδο (α΄ μισό της 2ης χιλιετίας π.Χ.), ο οικισμός των Χανίων αναπτύσσεται σε δυναμικό κέντρο. Ενώ η οικονομία παραμένει γεωργική, παράλληλα αναπτύσσεται το εμπόριο και η ναυτιλία. Το χανιώτικο κεραμικό εργαστήριο παράγει προϊόντα που ακολουθούν τους ρυθμούς της κεντρικής Κρήτης (σκοτεινόν επί ανοικτού, ανοικτόν επί σκοτεινού, τραχωτό ρυθμό, καμαραϊκό ρυθμό), ενώ δεν λείπουν και οι εισαγωγές κεραμικών από την υπόλοιπη Κρήτη. Δυστυχώς, οι μεσομινωικές οικοδομικές φάσεις του οικισμού του Καστελλιού έχουν αφανιστεί από την εκτεταμένη οικοδομική δραστηριότητα στις αμέσως επόμενες περιόδους και είναι πολύ λίγα τα λείψανα που σώζονται. Κτιριακά λείψανα τόσο των πρωτομινωικών όσο και των μεσομινωικών χρόνων που έχουν εντοπιστεί σε διάφορα σημεία ίσως υποδηλώνουν μια σπονδυλωτή διάρθρωση του προϊστορικού οικισμού, ενώ κέντρο του παραμένει πάντα ο λόφος στο Παλιό Λιμάνι.

Τα περισσότερα μινωικά ευρήματα χρονολογούνται στην υστερομινωική περίοδο (β΄ μισό της 2ης χιλιετίας π.Χ.). Την ακμή των χρόνων αυτών μπορεί κανείς να παρακολουθήσει στον οικισμό του Καστελλιού Χανίων, που ίσως αυτή την περίοδο έχει το χαρακτήρα ανακτορικής εγκατάστασης. Η πόλη των Χανίων παρουσιάζει οργανωμένο πολεοδομικό σχέδιο κατά τετράγωνα, με επιμελημένες κατασκευές και πλούσιες κατοικίες με "ανακτορικά" αρχιτεκτονικά στοιχεία: πολύθυρα, φωταγωγοί, ιδιαίτερα φροντισμένες προσόψεις, αποχετευτικό σύστημα. Η εγκατάσταση καταστράφηκε ξαφνικά το 1450 π.Χ. από μεγάλη πυρκαγιά, σφραγίζοντας έτσι τα πιο εντυπωσιακά αρχιτεκτονικά λείψανα στο Καστέλλι.

Κατά την υστερομινωική ΙΙΙ περίοδο (1400-1100 π.Χ.) η πόλη των Χανίων παρουσίαζει εντυπωσιακή ευημερία, αν και έχει διαπιστωθεί μείωση του αριθμού των οικισμών στην περιοχή των Χανίων. Τα Χανιά εξελίσσονται σε ένα πολύ σημαντικό κέντρο με μυκηναϊκές, κυπριακές, συροφοινικικές, ιταλικές και αιγυπτιακές εισαγωγές. Η έντονη μυκηναϊκή παρουσία στην Κρήτη των χρόνων αυτών εκδηλώνεται στην αρχιτεκτονική, την κεραμική και τη μικροτεχνία. Το τοπικό κεραμικό εργαστήριο των Χανίων, γνωστό ως εργαστήριο της Κυδωνίας, αναδεικνύεται ως ένα από τα σπουδαιότερα στο νησί. Η περιοχή των Χανίων φαίνεται ότι υπήρξε το κέντρο ενός σημαντικού υπερπόντιου εμπορικού δικτύου στην Υστερομινωική ΙΙΙ περίοδο, όπως συμπεραίνεται από τη μελέτη ενός ειδικού τύπου αγγείου, του ενεπίγραφου ψευδόστομου αμφορέα, που χρησίμευε για τη μεταφορά υγρών.

Στη θέση της σύγχρονης πόλης των Χανίων ήταν ιδρυμένη και η Κυδωνία των ιστορικών χρόνων, παρόλο που τα λείψανα του ίδιου του οικισμού στο λόφο Καστέλι και στο κέντρο της σημερινής πόλης έχουν στο μεγαλύτερο μέρος τους εξαφανιστεί από την αλλεπάλληλη οικοδόμηση. Η ίδρυση της κλασικής Κυδωνίας αποδίδεται σε Σάμιους αποίκους, οι οποίοι εγκατέλειψαν το νησί τους το 524 π.Χ., όταν ο Πολυκράτης έγινε τύραννος εκεί. Μετά από πέντε χρόνια οι Σάμιοι της Κυδωνίας υποτάχθηκαν στους Αιγινήτες που έτρεξαν σε βοήθεια των ντόπιων. Η επικράτεια της πόλης εκτεινόταν έως το ακρωτήριο Σπάθα στα δυτικά, το Μελέχα στα ανατολικά και τους πρόποδες των Λευκών Ορέων και την Απτέρα στα νότια. Το 429 π.Χ. η πόλη λεηλατήθηκε από τους γείτονες της Πολιχνίτες με τη σύμπραξη των Αθηναίων (Θουκυδίδης ΙΙ, 85). Το 74 π.Χ. οι κάτοικοι αντιστάθηκαν με επιτυχία στην πολιορκία των Ρωμαίων υπό το Μάρκο Αντώνιο. Τελικά, η πόλη λεηλατήθηκε από τον Κόιντο Καικίλιο Μέτελλο το 69 π.Χ., μετά από αντίσταση των στρατηγών Λασθένη και Πανάρη. Στη διάρκεια της Ρωμαϊκής εποχής αναπτύχθηκε σε ένα από τα σημαντικά κέντρα της Κρήτης, που άκμασε μέχρι την ύστερη αρχαιότητα.

Οι γνώσεις μας για την Κυδωνία των πρώτων Βυζαντινών χρόνων (3ος αι .μ.Χ - 823) είναι περιορισμένες τόσο όσον αφορά στις πηγές όσο και στα αρχαιολογικά ευρήματα. Το κέντρο της παλαιοχριστιανικής πόλης εντοπίζεται με την αποκάλυψη των λειψάνων μεγάλης παλαιοχριστιανικής βασιλικής κάτω από τα ερείπια του καθεδρικού ναού (Duomo) στην πλατεία της Αγ. Αικατερίνης στο κέντρο του λόφου του Καστελίου. Ο λόφος του Καστελίου αποτελούσε ένα φυσικό οχυρό, και για το λόγο αυτό επιλέχθηκε από νωρίς για την προστασία του εκάστοτε οικισμού. Το σχήμα βυζαντινού τείχους, όπως το βλέπουμε σήμερα, παρά τις μεταγενέστερες επεμβάσεις ή καταστροφές, είναι ακανόνιστο, ωοειδές, και ακολουθεί και συμπληρώνει το φυσικό ανάγλυφο του λόφου, με κατά μήκος άξονα Α-Δ. Έτσι, κατά ένα μέρος από τη βόρεια και τη δυτική πλευρά συμπληρώνει τα κενά του φυσικού βράχου, ενώ στις υπόλοιπες πλευρές έχει χτιστεί ως ένα πλήρες οχυρωματικό έργο, με την εναλλαγή μικρών πύργων (τετράπλευρων ή πεντάπλευρων) και ευθύγραμμων τμημάτων. Το νότιο τμήμα προστατευόταν από τάφρο όπως συμπεραίνουμε από τη διαφορά επιπέδου της απέναντι πλευράς, ενώ αποκαλύφθηκε και προτείχισμα, κατά τις ανασκαφές του 2005-2006.

Αραβοκρατία (823 - 961). Η κατάληψη της Κρήτης από τους Σαρακηνούς ’ραβες το 823 φέρει αναστάτωση στο νησί. Από την περίοδο της Αραβοκρατίας δεν έχουν προς το παρόν εντοπιστεί κάποιες αρχαιολογικές ενδείξεις στην περιοχή της Κυδωνίας. Η πόλη πολιορκήθηκε και κατακτήθηκε από τους ’ραβες, σύμφωνα με τις πληροφορίες του Οσίου Νικολάου του Στουδίτη, του Κυδωνιέως.

Β΄ Βυζαντινή περίοδος (961- 1252). Στην περίοδο αυτή, η βυζαντινή διοίκηση φροντίζει ιδιαίτερα την εδραίωση της εξουσίας στην Κρήτη, με ενίσχυση του πληθυσμού, διοικητική αναδιοργάνωση και ενίσχυση της εκκλησιαστικής δράσης. Για λόγους ασφαλείας, φαίνεται ότι οι έδρες των Επισκόπων της Κρήτης την περίοδο αυτή, μετατοπίζονται σε ασφαλέστερες θέσεις στο εσωτερικό του νησιού.

Ενετοκρατία (1252-1645). Το 1211 η Κρήτη περιέρχεται στην Ενετική κυριαρχία. Η αμφισβήτηση της εξουσίας των Βενετών συνεχίστηκε στη Δυτική Κρήτη μέχρι το 1252, οπότε και αποικίστηκε η περιοχή των Χανίων. Τα Χανιά έκτοτε ορίζονται έδρα του Ρέκτορα της περιοχής και με εντολή του Δόγη της Βενετίας ανοικοδομείται η πόλη. Κατά την πρώιμη περίοδο της ενετοκρατίας, η πόλη περιοριζόταν στον οχυρωμένο λόφο του Καστελίου. Το βυζαντινό τείχος επισκευάστηκε από τους Βενετούς και διατήρησε το περίγραμμά του. Με την πάροδο του χρόνου η πόλη μεγάλωνε και επεκτείνονταν και εκτός του βυζαντινού τείχους, ενώ οι Βενετοί, κατασκευάζουν μια σειρά από Μοναστήρια και ενδιαφέροντα αρχοντικά Βενετσιάνικων οικογενειών. Η κατασκευή των νέων οχυρώσεων ξεκίνησε το 1538 από τον Βερονέζο μηχανικό Michele Sammichele. Οι οχυρώσεις σχηματίζουν ένα ορθογώνιο, παράλληλο προς την παραλία, ενισχυμένο με τέσσερεις καρδιόσχημους προμαχώνες και στα ενδιάμεσα από επιπρομαχώνες. Στο συνολικό αμυντικό σχεδιασμό της πόλης εντάσσεται το Φρούριο του Φιρκά, ενώ για τις ανάγκες του Ναυτικού της Βενετίας κατασκευάστηκαν τα Νεώρια, η οικοδόμηση των οποίων ξεκίνησε το 1526 και συνεχιζόταν μέχρι το 1599.

Οθωμανική κτήση-Νεώτερα χρόνια (1645-ως σήμερα). Μετά την κατάληψη της πόλης το 1645 από τους Οθωμανούς, μεγάλα εκκλησιαστικά και μοναστικά συγκροτήματα των Βενετών, μετατρέπονται σε τζαμιά, (ενώ ιδρύεται και ένα νέο, το Γιαλι τζαμισί) και κατασκευάζονται δημόσιες κρήνες λουτρά (χαμάμ). Από το 1830-1840, η Κρήτη περιέρχεται στην κυριαρχία των Αιγυπτίων, ενώ κατάλοιπο αυτής της σύντομης κυριαρχίας είναι ο Φάρος στο λιμάνι της πόλης. Μετά την περίοδο αυτή, οπότε και επανέρχεται η οθωμανική κυριαρχία, η διοίκηση του νησιού μεταφέρεται στα Χανιά, με έδρα του διοικητή ένα ογκώδες ξύλινο κτίριο στο λόφο του Καστελίου, το «Κονάκι». Έπειτα από μια σειρά εξεγέρσεων, το 1878 υπογράφεται η Σύμβαση της Χαλέπας, όπου παραχωρείται μερική αυτονομία στο νησί, και μετά από την επανάσταση του 1897, παραχωρείται πλήρης αυτονομία με ηγεμόνα της «Κρητικής Πολιτείας» πλέον τον πρίγκιπα Γεώργιο της Ελλάδος. Το 1913, μετά από μια σειρά πολιτικών και επαναστατικών ενεργειών, η Κρήτη ενώνεται με την Ελλάδα, ενώ η πόλη των Χανίων, παραμένει έδρα της διοίκησης μέχρι το 1927.