Hoofdstad van de provincie, ontstaan op een strandwal en voor het eerst vermeld in de 10de eeuw. De over de strandwal lopende landweg van Den Haag naar Alkmaar naderde hier de rivier het Spaarne.
Het tracé van die weg is in de stad nog te volgen in de Wagenweg, Gierstraat, Koningstraat, Barteljorisstraat, Kruisstraat, Kruisweg en Schoterweg. Dankzij ontginningen in het omliggende veengebied kwam de nederzetting in de 11de eeuw snel tot ontwikkeling.
De ten zuiden van het Sant (Grote Markt) gegraven Beek diende ter afwatering van de veengronden ten westen van de strandwal.Haarlem ontving stadsrechten in 1245 van graaf Willem II, waarna een eerste omwalling rond 1274 tot stand kwam. Het oudste stadsdeel is het gebied rond het Sant, met als begrenzingen Spaarne, Bakenessergracht, Ridderstraat, Nassaustraat, Nassaulaan en Gedempte Oude Gracht. Aan het Sant lagen een grafelijk hof (eerste vermelding 1214), een dominicanerklooster (gesticht 1287) en de parochiekerk St. Bavo (12de eeuw, vernieuwd vanaf circa 1370). Na de grote stadsbranden van 1347 en 1351 kwam het verwoeste grafelijke hof aan de stad, waarna ter plaatse het huidige stadhuis ontstond dat een stadhuis op de hoek Grote Markt/Smedestraat (Hoofdwacht) verving. Aan de Jansstraat werd een johannietercommanderij ingericht (circa 1316) en iets oostelijker lag een begijnhof (gesticht 1262).
Rond 1350 breidde de stad zich in zuidelijke richting uit tot de lijn Gasthuisvest-Kampervest en daarna ten westen van de Gierstraat en de Oude Gracht tot de lijn Wilhelminastraat-Kinderhuisvest. In de tweede helft van de 14de eeuw trok men ook het drassige gebied tussen Bakenessergracht en Spaarne bij de stad door aanplemping. De genoemde uitbreidingen werden eind 14de eeuw binnen een nieuwe ommuring gebracht. Aan de overzijde van het Spaarne was vanaf de 13de eeuw de nodige nijverheid gevestigd. Bij de Burgwal (eerste vermelding 1380) lag een beschermende wal voor de in de binnenbocht van de rivier gelegen bebouwing (Burgwalbuurt). Na 1426 werd deze buurt verder uitgebreid en kwam er een stadsmuur met poorten tot stand langs de Lange Herenvest.
Belangrijk voor de stedelijke economie waren de bierbrouwerijen (Spaarne), de textielnijverheid en de scheepsbouw (Scheepmakersdijk). Door de aanleg van sluizen bij Spaarndam (1286) verbeterde de bevaarbaarheid van het Spaarne.
Vanaf de tweede helft van de 15de eeuw ging het echter economisch slechter met de stad. Het acht maanden durende beleg van de stad door Spaanse troepen in 1572-'73 en de op de inname volgende vierjarige bezetting vormden een dieptepunt. De stad had verder te lijden van de pest (1574) en een stadsbrand (1576). Ter plaatse van de afgebrande St.-Gangolfskerk legde men de Botermarkt aan.
Vanaf circa 1585 bloeide de stad weer op, vooral door de komst van Zuidnederlandse emigranten, onder wie veel lakenen linnenwevers waren. Een andere impuls leverde het graven van de trekvaarten naar Amsterdam (1631) en Leiden (1657). Aan de westzijde dienden de Brouwersvaart en de Jan Gijzenvaart voor zandtransport vanuit de zanderij achter het Overveense Elswout.
De economische voorspoed van Haarlem resulteerde onder meer in veel stedelijke bouwactiviteiten, zoals een nieuwe waag (1599) en vleeshal (1604). De na de Reformatie geconfisqueerde kloosterterreinen werden gebruikt voor de huisvesting van de snel groeiende bevolking. Op de terreinen van de voormalige commanderij van St. Jan werden de Korte Wijngaardstraat en de Pieterstraat aangelegd (tweede kwart 17de eeuw). Aan de zuidwestzijde kreeg de stad rond 1610 een uitleg tot aan de Raamgracht. Na de eerste plannen omstreeks 1643, kwam uiteindelijk in 1671-'79 aan de noordzijde de Nieuwstad (nu Stationsbuurt) tot ontwikkeling met de Nieuwe Gracht en de Achter Nieuwegracht (na demping 1869 Parklaan).
In tegenstelling tot de rest van de stad was de Nieuwstad voorzien van vestingwerken met bastions. Deze vergroting was onderdeel van een groot cirkelvormig uitbreidingsplan van Salomon de Bray en landmeter Erasmus den Otter, maar door de economische neergang van Haarlem aan het eind van de 17de eeuw bleef het bij deze, lange tijd relatief dun bebouwde, Nieuwstad. Belangrijk voor Haarlem was de aanleg van de spoorlijn Amsterdam-Haarlem in 1839, de eerste spoorlijn in Nederland. Deze langs de oude trekvaart aangelegde spoorverbinding kreeg bij het doortrekken van de lijn naar Leiden (1842) een station op de huidige plek aan de noordzijde van de Nieuwstad. Daarna volgden nog spoorverbindingen met Alkmaar (1870) en Zandvoort (1881) en de Haarlemmermeerlijn naar Aalsmeer (1912 tot 1936). Haarlem werd ook een knooppunt voor tramlijnen, zoals de interlokale lijn Amsterdam-Haarlem-Zandvoort (1900) en verbindingen met Leiden, Alkmaar, Bloemendaal en Overveen (alle midden 20ste eeuw opgeheven). Het belang van het Spaarne voor de scheepvaart groeide door de aansluiting met het in 1876 geopende Noordzee Kanaal via de Zijkanalen B en C vanaf Spaarndam.
De bolwerken van de Nieuwstad werden rond 1821 naar plannen van J.D. Zocher jr. veranderd in plantsoenen en later deels bebouwd met villa's (o.a. Kenaupark). Bij de geleidelijke ontmanteling van de stad tussen 1820 en 1875 verdwenen alle poorten behalve de Spaarnwouder- of Amsterdamsepoort en werden (vanaf 1853) nieuwe singels aangelegd (Lange Herenvest, Kampervest, Gasthuisvest, Raamvest, Oude Zijlvest en Kinderhuisvest). De ten zuiden van de stad gelegen Haarlemmerhout, die van 1583 tot 1755 diende voor bosaanplant, onderging in de eerste helft van de 19de eeuw een transformatie tot landschappelijk wandelpark. In de tweede helft van de 19de eeuw groeide de stad sterk door toenemende werkgelegenheid in de textielnijverheid (Wilson, Prévinaire, Phoenix), de metaalindustrie (Beynes, Figee), de voedingsindustrie (Union, Droste) en de grafische industrie (Enschedé, De Spaarnestad).
De drukkerij van de firma Enschedé was eind 18de eeuw tot ontwikkeling gekomen ten oosten van het Klokhuisplein. Ter plaatse van het oude station (1839) bij de Amsterdamsepoort ontstond de centrale werkplaats van de H.IJ.S.M., rond 1900 de grootste werkgever in Haarlem. In de 19de eeuw vestigde de industrie zich vooral langs Leidsevaart, Zijlsingel en Kinderhuissingel. Na 1900 verschoof het industriegebied naar de omgeving van het Noorder Buiten Spaarne. In de 19de en begin 20ste eeuw was Haarlem bovendien een belangrijk centrum van de bloembollenhandel en werden er geregeld bloembollententoonstellingen georganiseerd. Omdat de droogmaking van de Haarlemmermeer (1848-'52) de doorspoeling van de grachten verminderde, werden in de jaren zestig van de 19de eeuw diverse grachten gedempt: Oudegracht, Raamgracht, Zijdgracht (nu Sophiaplein), Voldersgracht, Raaks en Achter Nieuwegracht (nu Parklaan).
Na de demping van de Singelgracht-west (1880) legde men op het terrein van de opgeheven textielfabriek Wilson de Wilhelminastraat en het Wilsonplein aan. Het winkelgebied ontwikkelde zich vanaf 1880 vooral langs Grote Houtstraat, Lange Veerstraat en Barteljorisstraat.
Eind 19de eeuw kwamen de eerste wijken buiten de singels tot stand: de betere wijken op de hogere zandgronden ten zuiden en noorden van de binnenstad, de arbeidersbuurten vooral op de veengronden ten oosten en westen van de stad (Oude Amsterdamsebuurt, Rozenprieel, Leidsebuurt). Ten zuiden van de binnenstad verrezen vanaf 1860 diverse villaparken nabij de Haarlemmerhout (Frederikspark, Florapark, Wilhelminapark). Aan de noordzijde, op een in 1884 van de gemeente Schoten geannexeerd gebied, ontstonden begin 20ste eeuw ook nieuwe buurten (Transvaalbuurt, Indische Buurtzuid). Aan de oostzijde werd de Catharijnebrug in zuidelijke richting verplaatst (1905) en kwam er een doorbraak van de Scheepmakersdijk naar de gedempte Papentorenvest, waar een koepelgevangenis (1901) verrees. In 1905-'08 werden de sporen aan de noordzijde van de stad verhoogd ten behoeve van onderdoorgangen voor het verkeer naar de noordelijke stadsuitbreiding en kwam het huidige station gereed. Andere belangrijke infrastructurele ingrepen in de binnenstad waren de verbreding van de Hooimarkt (1929) en de Damstraat (1930), en de aanleg van de Kenaubrug (1940) en een verkeersroute vanaf de Parklaan.
Het door L.C. Dumont, directeur Openbare Werken, opgestelde Uitbreidingsplan (1905) werd later herzien en verder uitgebreid tot het Algemeen Plan van Uitbreiding (1919), dat men tot 1927 in grote lijnen heeft gevolgd (Slachthuisbuurt, Patrimoniumbuurt, delen Kleverparkbuurt en Leidsevaartbuurt). Na 1927 moest dit plan worden aangepast vanwege de annexatie van de gemeenten Schoten en Spaarndam en delen van de gemeenten Haarlemmerliede, Spaarnwoude, Heemstede en Bloemendaal. Vooral het grondgebied van Schoten gaf veel ruimte voor uitbreiding. Vanwege het schootsveld van de Stelling van Amsterdam bij Spaarndam werd de Vondelweg de oostelijke begrenzing van de noordelijke uitbreiding van Haarlem. Aan de zuidzijde nam Haarlem van de gemeente Heemstede de Haarlemmerhout en enkele daar vanaf circa 1900 ontwikkelde wijken over (Oosterhout, Zuiderhout, Westerhout en Bos en Vaart).
Na de Tweede Wereldoorlog groeide Haarlem in bescheiden mate verder uit. In zuidoostelijke richting werd in 1963 gebied overgenomen van de gemeenten Haarlemmerliede en Spaarnwoude, met daarin de resten van het veenontginningsdorp Schalkwijk en het oude gehucht Vijfhuizen, dat na de drooglegging van de Haarlemmermeer aan de overzijde van de ringvaart is vernieuwd als dorp. In de Nieuwstad heeft de sloop van spoorwegrijtuigenfabriek J.J. Beynes (1857-1953) geleid tot sanering en nieuwbouw in het stationsgebied (tot 1977). Bij de sanering van het Raaksgebied (circa 1965) is de route Raaksbrug-Gedempte Oude Gracht verbreed. In de jaren zeventig en begin jaren tachtig zijn de Burgwalbuurt en verschillende arbeidersbuurten (Oude Amsterdamse Buurt, Rozenprieel en Leidsebuurt) gesaneerd.
Belangrijke stadsvernieuwingsprojecten zijn die van het horecacomplex Brinkmann aan de Grote Markt (1978-'82) en het gebouwencomplex van drukkerij Enschedé aan het Klokhuisplein (circa 2004). De Spaarnekerk uit 1883 heeft men in 1983 gesloopt. Het centrum van Haarlem is een beschermd stadsgezicht.
