Hoofdstad van de provincie Gelderland, ontstaan op de grens van rivierklei en zand bij de St.-Jansbeek, die vanaf het Veluwemassief naar de Rijn stroomt. De vroegste vermelding van een kerk ter plaatse stamt uit 893.
Tussen de Eusebiuskerk (oorspronkelijk St.-Maartenskerk) en de in de 12de eeuw meer naar het noorden gestichte commanderij van St. Jan kwam een nederzetting tot ontwikkeling die in 1233 stadsrechten kreeg.Een belangrijke oost-west as werd gevormd door de oude weg Zutphen-Utrecht, die binnen de stad het tracé Roggestraat-Ketelstraat-Vijzelstraat-Rijnstraat volgde. Belangrijke noordzuid verbindingen werden de Jansstraat-Grote Oord-Weverstraat, de Bakkerstraat en de Koningstraat. Eind 13de eeuw omringde de stadsmuur het gebied tussen Doelenstraat, Beekstraat, Oude Oeverstraat en Hoogstraat. De omgeving van de Korenmarkt maakte toen al deel uit van de stad. Rond 1400 ontstond de Nieuwstad, waardoor de oostgrens van de stad naar de Walstraat werd verlegd. In de 15de eeuw ommuurde men ook het gebied ten zuiden van de Oude Oeverstraat tot en met de Langstraat.
De verdedigingswerken werden omstreeks 1530-'35 versterkt met rondelen en tijdens de Tachtigjarige oorlog met nieuwe ravelijnen en bastions. Een laatste verbetering van de verdedigingswerken kwam tot stand in het eerste kwart van de 18de eeuw.
De stad lag oorspronkelijk niet direct aan de Rijn. Door het vergraven van de Rijnbedding rond 1530 stroomde de rivier dichter langs de stad. Aan de westzijde was een haven aangelegd (omgeving Roermondsplein). Tussen deze haven en De Praets, aan de overzijde van de rivier, kwam in 1603 een schipbrug te liggen. In 1544 vestigde keizer Karel V in Arnhem het Hof van Gelre, de kanselarij en de rekenkamer. Arnhem was al hoofdstad van het Kwartier van Veluwe, maar werd als zetel van de stadhouder bestuurlijk gezien de belangrijkste stad van heel Gelre. Leden van de Gelderse adel en hogere ambtenaren bouwden in de stad grote huizen en lieten in de 17de en 18de eeuw fraaie buitenplaatsen aanleggen op de hellingen direct buiten de stad.
Na de opheffing van de vestingstatus van Arnhem in 1808 werden de buitenwallen afgegraven en de grachten grotendeels gedempt en naar plannen van J.D. Zocher sr. omgevormd tot plantsoen, hetgeen rond 1820 werd voltooid. Aan de oostzijde bleef een grillige waterpartij behouden als restant van de Lauwersgracht. Met uitzondering van de Sabelspoort vielen de stadspoorten onder de slopershamer. De afbraak van de stadsmuur na 1829 maakte de aanleg van een singel met herenhuizen en villa's mogelijk. Als eerste kwam de bebouwing langs het Nieuwe Plein en het Willemsplein tot stand.
In de oude stad sloopte men de St.-Janskerk en de commanderij. Hiervoor in de plaats kwam het St.-Jansplein (1835-'37), met als middelpunt de in 1838 voltooide Koepelkerk. Vlakbij verrees de Willemskazerne.
De in 1820-'25 naar Arnhem aangelegde rijksstraatwegen Utrechtseweg, Amsterdamseweg, Hommelseweg (richting Deventer) en Velperweg vormden nabij de stad de centrale assen voor de aanleg van nieuwe buitenplaatsen en villa's en later voor de buitenwijken. In 1845 kreeg Arnhem een spoorwegverbinding met Amsterdam. De spoorlijn kwam niet langs de Rijn; dit tracé achtte men militair gezien te kwetsbaar. De consequentie hiervan was, dat bij het doortrekken van de lijn naar Duitsland (circa 1852) een verhoogd tracé moest worden aangelegd ten noorden van de binnenstad. Arnhem kreeg verder spoorwegverbindingen met Zutphen (1865) en Nijmegen (1879).
In de tweede helft van de 19de eeuw maakte Arnhem een sterke groei door, vooral door de toename van de Rijnhandel en de succesvolle promotie van de stad als vestigingsplaats voor rijken uit Nederland en de koloniën. Op basis van een stedenbouwkundig plan uit 1853 van stadsarchitect H.J. Heuvelink sr. werden de sloppen ten zuiden en ten oosten van de stad opgeruimd om plaats te maken voor herenhuizen. Tussen circa 1860 en 1870 kwamen de buitensingels rond de stad tot stand, waarbij het singelplantsoen werd gereduceerd tot een wandelstrook. Door de aanleg van de Rijnkade kwam Arnhem echt aan de rivier te liggen.
De hoog gelegen spoorlijn naar Duitsland vormde een barrière voor uitbreiding naar het noorden; de eerste nieuwe buitenwijken ontstonden ten oosten van de binnenstad, zoals het Spijkerkwartier en het Boulevardkwartier. De laatstgenoemde wijk werd ontwikkeld op basis van een in 1878 aangenomen uitbreidingsplan van H.J. Heuvelink jr. Eind 19de eeuw moesten veel grootgrondbezitters hun buitenplaatsen verkopen. Particuliere maatschappijen ontwikkelden hier nieuwe wijken, zoals Heijenoord, Angerenstein (deels), Hulkestein, Wellenstein, Sterrenberg, Molenbeke en Hoogstede. Sommige buitenplaatsen werden door de stad overgenomen en (soms gedeeltelijk) als openbaar park ingericht, zoals Klarenbeek (1886), Sonsbeek (1899), Angerenstein (1921) en Zypendaal (1930). Op de al vóór 1899 aan particulieren verkochte delen van Sonsbeek verrezen de wijk Sint Marten, de Transvaalbuurt en de bebouwing rond het Graaf Ottoplein.
Een uitbreidingsplan van W.F.C. Schaap uit 1904 vormde onder meer de basis voor woningbouwcomplexen Mussenbuurt, Verschuerbuurt, Talmaplein en Goeman Borgesiusplein. Een tweede uitbreidingsplan van zijn hand (1917) bleef grotendeels onuitgevoerd en een in 1933 gepresenteerd algemeen uitbreidingsplan van bureau Granpré Molière, Verhagen & Kok werd met wijzigingen pas van kracht in 1944. In het interbellum kwamen onder meer het noordelijke gedeelte van het Sonsbeekkwartier en de wijken Geitenkamp, Paasberg, Hoogkamp en Het Broek tot stand. Ten zuidoosten van de stad legde men in het Arnhemse Broek een industrieterrein met rangeerterrein en de Nieuwe Haven aan. De stadswaarden (polder Malburgen) werden in 1933 bij de stad getrokken en door de voltooiing van de Rijnbrug in 1935 werd de sprong over de rivier mogelijk.
Arnhem kwam als één van de zwaarst getroffen Nederlandse steden uit de Tweede Wereldoorlog. De Slag om Arnhem (september 1944) en latere gevechtshandelingen verwoestten het zuidelijke en oostelijke deel van de binnenstad. Ook in de westelijke buitenwijken, richting Oosterbeek, werd in 1944 fel gevochten. Veel van de gebouwen die het stadsbeeld hadden bepaald, lagen in 1945 in puin: de Willemskazerne, het Paleis van Justitie, het Gouvernementsgebouw, het stadhuis, de Eusebiuskerk en de Walburgkerk. Na de oorlog herstelde men de kerken, de overheidsgebouwen werden over het algemeen in moderne architectuur herbouwd. Het in 1949 vastgestelde wederopbouwplan werd als gevolg van bezuinigingen en veranderde inzichten slechts gedeeltelijk gerealiseerd.
Het verpauperde gebied van de Langstraat en omgeving werd gesaneerd en herbouwd, evenals de omgeving van het station. Vanaf de jaren vijftig breidde de stad zich verder uit naar het oosten (Presikhaaf) en het noorden (Monnikenhuizen). Ten zuiden van de rivier groeide Arnhem-Zuid steeds verder uit, waarbij het dorp Elden werd geïncorporeerd. De bouw van de meest zuidelijke delen van Arnhem-Zuid maakten grenscorrecties met de naburige gemeenten Huissen en Elst nodig.
Elden, De Laar en Rijkerswoerd kwamen in 1966 bij de gemeente Arnhem. De Rijnbrug werd na de oorlog herbouwd (John Frostbrug) en ter plaatse van de vroegere schipbrug kwam in 1977 de Roermondspleinbrug gereed.
