先秦時期
延安是中華5000年文明的發祥地之一。考古發現，距今約3萬年左右，延安已有晚期智人（晚期智人，又稱新人，生活在5萬年前至1萬年前的古人類(1萬年以來的人類稱為現代人，但也屬於晚期智人的一種)“黃龍人”生息。
注：1975年，陝西黃龍縣修建堯門河水庫時，在壩地北側的徐家墳山南坡取土時發現了人類頭蓋骨化石（公社社員趙明福採得）。
1987年秋季，在子長縣欒家坪鄉龍崗寺臺、安定鎮寨關山，延川縣禹居鄉和賈家坪鄉，安塞縣沿河灣鄉縣南溝等地，相繼發現了細石器。其中有砍砸器、刮削器、石核、石鏃、尖狀器等。）
黃帝是中華民族的祖先，他出生於陝北黃土高原，黃帝族主要活動於陝北黃土高原。他15歲就被群民擁戴當上軒轅部落酋長，37歲登上天子位。黃帝歷經五十三戰，打敗了榆罔，降服了炎帝，誅殺蚩，結束了戰爭，統一了三大部落，告別了野蠻時代，建立起世界上第一個有共主的國家，當選為中華民族第一帝，被後世人尊稱為“人文初祖”、“文明之祖”。黃帝逝世後安葬於今黃陵縣橋山之巔。（1962年，國務院公佈其為全國第一批重點文物保護單位，編為“古墓葬第一號”，號稱“天下第一陵”。）
椐史料記載，夏朝，延安市屬雍州。
約在前13世紀，延安屬獨立的方國鬼方之域。商帝武丁曾發動大規模的討伐鬼方的戰爭。《周易·既濟》載：“高宗伐鬼方，三年克之。”這是迄今所知延安有文字可考的最早的文字記載。
西周初期，延安仍為鬼方之域。周康王在位時，曾兩次命盂率軍征伐鬼方。據小盂鼎（康王二十五年物）銘文記述，盂攻鬼方得勝，俘獲１３０００餘人。此後，鬼方銷聲匿跡。其中一部分被融合於華夏族，一部分被迫北遷，還有一部分成了以後分佈在陝北、晉北和太行山東西兩側的狄人的祖先。
在周康王伐鬼方之後，延安一帶成為犬戎和獫狁的領地。周夷王曾命虢公攻太原（約在今甘肅平涼一帶）之戎。虢公季子白與獫狁在延安西南的洛水北岸作戰獲勝。但在周宣王統治後期，周王朝對獫狁的作戰卻總是敗績。
春秋早期和中期時，延安為白狄族所佔據。這是一個以遊牧業為主兼營狩獵業的少數民族，過著逐水草而居的遊牧生活。晉文公重耳曾被迫流亡到白狄達１２年之久，居住在今延安一帶。
戰國，延安大部屬魏國。《史記·秦本紀》載：“魏築長城，自鄭濱洛以北，有上郡”，又稱，秦惠文王七年（前300年）。秦帥公孫衍敗魏軍於雕陰（今富縣與甘泉交界處），斬首8萬餘，俘魏將龍賈；秦惠文王八年，魏納河西地予秦；十年，魏納上郡15縣（今陝北宜川、延安一帶）予秦。延安始屬秦。
秦昭王三年（前３０４），秦國在陝北置上郡，設郡治於膚施（今榆林市魚河堡一帶）。在此前後，秦在延安一帶置高奴縣。縣治設於延安城東２公里處，延河北岸的尹家溝。這是延安築城之始，其城垣至今猶存。
秦漢時期
秦漢時，延安屬上郡（郡治膚施，今榆林市南）。秦統一六國後，大將蒙恬統兵30萬北擊匈奴，後又監修長城和秦直道。漢武帝時曾大量移民和屯戍，使陝北等地農業經濟空前發展，被譽為“新秦中”（意為富庶如關中）。漢虞詡《奏復三郡疏》有“水草豐美，上宜產牧，牛馬銜尾，群羊塞道”的描述。
漢武帝時曾大量移民和屯戍，使陝北等地農業經濟空前發展，被譽為“新秦中”（意為富庶如關中）。漢虞詡《奏復三郡疏》有“水草豐美，上宜產牧，牛馬銜尾，群羊塞道”的描述。
東漢史學家班固在《漢書·地理志》中記載說：“高奴縣有洧水（延河的一條支流），肥可燃。”這可能是迄今所知中國古代最早的關於石油的文字記載。
三國魏晉南北朝時期
三國，延安為羌胡所據。
東晉義熙三年（407年），匈奴鐵弗部赫連勃勃建立大夏國。其在延安城東修築豐林城（今寶塔區李家渠鎮周家灣村）。宋代沈括曾考察該城，謂之堅密如石，城不甚厚，但馬面極長且密，利於戰守，讚歎“赫連之城，深為可法也”。
西魏，設東夏州，領遍城郡、朔方郡、定陽郡、上郡；設北華州，領中部郡、敷城郡。
隋唐時期
延州和延安之名始見於《隋書》。《地理志》雲：“延安郡後魏置東夏州，西魏改為延州，置總管府，開皇中，府廢統縣十一，戶五萬三千九百三十九。膚施大業三年置延安郡，有豐林山豐林後置魏，曰廣武及遍城郡，開皇初郡廢，十八年改為豐林，大業初又並沃野縣入焉魏平後魏置，並立朔方郡，後周廢郡，並朔方、和政二縣入焉金明有治官，有清水臨真有西魏神木郡、真川縣，後周廢郡，大業初真川入焉延川西魏置，曰文安及置文安郡，開皇初，郡廢，改縣為延川延安西魏置，又置義鄉縣，大業中，廢義鄉入焉因城後魏置，後周廢，尋又置義川西魏置汾州、義川郡，後改州為丹州；後周改縣為丹陽，開皇初，郡廢，改縣曰義川，又廢樂川郡入；大業初，州廢，又拔雲巖縣入焉汾川舊曰安平，後周改曰汾川，大業初，廢門山縣入焉咸寧舊曰永寧，西魏改為太平，開皇中改為咸寧。”
隋煬帝大業三年（607）， 改延州為延安郡，郡治設膚施縣城，即今延安東關故城。
隋煬帝大業十年（６１４）五月，延安人劉迦倫起兵反隋，自稱皇王，建元大世。劉迦倫義軍擁眾１０萬，並且與散處陝北各地的稽胡族民眾互為聲援，一時之間，關中震動。隋煬帝命左驍衛大將軍屈突通為關內討捕大使，進剿義軍,劉迦倫和義軍將卒１萬餘人戰死。
唐武德元年（618年）改延安郡為延州總管府，領膚施、豐林、延川三縣，管南平、北武、東夏三州；改上郡為富州，領洛交、洛川、三川、伏陸、內部、富城六縣。
杜甫避亂延安：安史之亂爆發後，寄居於白水縣的杜甫也攜妻帶子，北上到鹿阝州（今富縣）羌村（今岔口鄉大申號村）。期間，寫下許多美好的詩篇，如《北征》、《羌村三首等》，千古流傳。杜甫在羌村的故居，尚有摩崖石刻“少陵舊遊”。延安城南七里鋪有杜公祠，歷代多有修葺。
延安的標誌和象徵——寶塔建於唐朝末年，現為明代建築，高四十四米，共九層，為八角形樓閣式磚塔。塔內有階梯，可登塔頂一覽聖地全貌。
遼宋夏金時期時期
宋代，屬永興軍路，設延州、富州、丹州、坊州。這一時期，宋與西夏戰事頻繁，宋代名臣龐籍、範雍、韓琦、范仲淹等在此禦敵。
慶曆元年（1041），設鄜延路。
宋神宗元豐三年（１０８０）六月，沈括被任命為知延州兼鄜延路經略安撫使。沈括在延州任上，十分注意鞏固邊防，多有建樹。他還進行了古生物化石的考察，成為歷史上第一個對化石進行考察記述的人。他還對延安的石油進行了科學考察，並親自實踐把石油用以制墨，名之為“延川石液”。沈括還第一次提出了“石油”這一名稱，被後世所公認，併科學地預見說：“此物後必大行於世。”（鄜、延境內有石油，舊說“高奴縣出脂水”，即此也。……頗似淳漆，然之如麻，但煙甚濃，所沾帷幕皆黑。餘疑其煙可用，試掃其煤以為墨，黑光如漆，松墨不及也，遂大為之。其識文為“延川石液”者是也。此物必大行於世，自餘始為之。——《夢溪筆談》）
宋元祐四年（1089年），升延州為延安府。
金置彰武軍部管府。金夏在保安軍（今志丹）置榷場互市。
元明清時期
元朝改設延安路，隸屬於陝西行省。
明改設延安府。明末陝北農民爆發大起義，高迎祥、李自成、張獻忠等農民領袖縱橫延安南北。
清仍設延安府。順治年間領三州（富州、綏德州、葭州）16縣（膚施、安塞、甘泉、安定、保安、宜川、延川、延長、清澗、洛川、中部、宜君、米脂、吳堡、神木、府谷）。
雍正年間，三州歸省直隸，府領8縣（膚施、安塞、甘泉、安定、保安、宜川、延川、延長）。
乾隆年間，又增領定邊、靖邊二縣。
同治年間，陝甘回民起義軍和西捻軍張宗禹在延安境內反清，左宗棠率湘軍入境剿撫。最後一支捻軍武裝袁大魁部在永寧山被鎮壓，捻軍運動在中國最後失敗。
清末，清政府設延長石油官廠，在延長縣鑽成中國大陸上第一口油井。
民國時期
民國二年(1913)，本境屬榆林道；民國17年（1928），撤道，各縣由省直轄。
1926年初，李象九、謝子長等創建中共宜川軍隊第一、第二特別支部；春夏，陝西省立第四中學（延安）建立中共延安特別支部。是為延安最早的中共地方組織。
20世紀30年代，劉志丹、謝子長等在延安境內開展武裝鬥爭，創建陝甘邊和陝北兩個革命根據地。1935年10月，中共中央長征到達吳起鎮。1935年11月，稱陝甘省和陝北省。1937年9月，陝甘寧邊區成立，10月，成立延安市政府，直隸於邊區政府。
1942年始置吳旗縣，屬三邊分區。同年11月，設延屬分區，1月成立行政督察專員公署，轄延安市及延安、富縣、甘泉、志丹、安塞、子長、延川、延長、固臨10縣（市）。
1948年1月，陝甘寧邊區設黃龍分區，轄洛川、黃陵、宜君、宜川、黃龍等10縣；次年2月，增轄富縣。1949年5月，撤延屬分區，設陝北行政區，衛北行政公署駐延安，轄榆林、三邊、綏德、黃龍4個分區及延安、延長、延川、子長、安塞、志丹、甘泉7個直屬縣。
新中國
1950年5月，撤銷陝北行政公署，成立陝西省延安分區行政督察專員公署，轄延安、延長、安塞、志丹、吳旗、甘泉、富縣、洛川、宜川、黃陵、宜君、黃龍12縣。同年10月，改稱陝西省人民政府延安專員公署。
1955年5月，又改稱陝西省延安專員公署。1956年10月，延川、子長劃歸延安專區。1964年，鄜（fu富）縣改稱富縣。
1968年8月18日，成立延安專區革命委員會。次年9月，延安專區改稱延安地區。
1970年延安縣析置延安城區（縣級），1972年，延安城區改稱延安市。全區轄1市14縣。1975年8月，延安縣併入延安市。
1978年延安地區革命委員會撤銷，延安地區行政公署成立。
1983年9月9日國務院國函字187號批覆：宜君縣劃歸銅川市。
1996年11月5日國務院國函84號批覆，設立地級延安市，市轄寶塔區、安塞縣、黃陵縣、延長縣、志丹縣、洛川縣、延川縣、甘泉縣、黃龍縣、子長縣、富縣、宜川縣、吳起縣等13個縣區。
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