北京作為城市的歷史可以追溯到3,000年前。秦漢以來，北京地區一直是華夏民族北方的軍事和商業重鎮，名稱先後稱為薊城、燕都、燕京、大都、北平、京師、順天府等等。
早在西周初年，周武王即封召公奭於今日北京及附近地區，稱燕國，都城在今北京房山區的琉璃河鎮，遺址尚存。 又封堯之後人(一說黃帝后人)於薊，在今北京西南西城區。後燕國滅薊國[8]，遷都於薊，統稱為燕都或燕京。
秦代設北京為薊縣，為廣陽郡郡治。
漢太祖五年，今北京地被劃入燕國轄地。元鳳元年復為廣陽郡薊縣，屬幽州。本始元年因有帝親分封於此，故更為廣陽國首府。
東漢光武改制時，置幽州刺史部於薊縣。永元八年復為廣陽郡駐所。
西晉時，朝廷改廣陽郡為燕國，而幽州遷至范陽。十六國後趙時，幽州駐所遷回薊縣，燕國改設為燕郡，歷經前燕、前秦、北燕、後燕和北魏的統治而不變。
隋開皇三年廢除燕郡。但很快在大業三年，隋朝改幽州為涿郡。
唐武德年間，涿郡複稱為幽州。貞觀元年，幽州劃歸河北道監察區。後北京成為范陽節度使的駐地。安史之亂期間，雜胡安祿山在范陽(今日北京、保定附近)稱帝，建國號為“大燕”。唐朝平亂後，復置幽州，歸盧龍節度使節制。
五代初期，軍閥劉仁恭在這裡建立地方政權，稱燕王，後被後唐消滅。後晉的建立者沙陀人石敬瑭為了打敗後唐，投降契丹人，將燕雲十六州在後晉天福元年(936年)送給契丹。這16州是:幽(今北京市)、薊(今天津薊縣)、瀛(今河北河間)、莫(今河北任丘)、涿(今河北涿州)、檀(今北京密雲)、順(今北京順義)、新(今河北涿鹿)、媯(原屬北京懷來，今為官廳水庫庫區)、儒(今北京延慶)、武(今河北宣化)、蔚(今河北蔚縣)、雲(今山西大同)、應(今山西應縣)、寰(今山西朔縣東馬邑鎮)、朔(今山西朔縣)，並向契丹稱自己為兒皇帝。 石敬瑭割讓包括今北京在內的燕雲十六州為遼國或金國後來對後漢、後周、宋朝威脅打開了門戶。
北宋初年宋太宗在高梁河(今北京市海淀區)與遼戰鬥，意圖收復被後晉割讓的燕雲十六州未果;遼於會同元年起在北京地區建立了陪都，號南京幽都府，開泰元年改號析津府。北宋末年連金滅遼，曾短暫收復燕雲十六州，並設置了燕山府路和雲中府路，北京屬於燕山府路。後金國以張覺事件為藉口大舉侵宋，再次侵略今北京市。
貞元元年，金國皇帝海陵王完顏亮正式建都於北京，稱為中都，在今北京市西南。此後大元帝國、明清的都城均建立於此。
蒙古帝國成吉思汗麾下大將木華黎於1215年5月31日攻下金中都，對城市展開了為期一個月的大屠殺，並徹底夷平了這座城市，後設置燕京大興府。元世祖至元元年改稱中都路大興府。至元九年，中都大興府正式改名為大都路，據馬可波羅遊記敘述:京師蒙古人篤信藏傳佛教，象為佛教祥獸，當時大都常有大象漫步。
明朝初年，以金陵應天府 (今南京市) 為京師，大都路於洪武元年八月改稱為北平府，同年十月應軍事需要劃歸山東行省。洪武二年三月，改為北平承宣布政使司駐地。
燕王朱棣經靖難之變奪得皇位後，於永樂元年升燕京北平為北京，暫稱“行在”(天子行鑾駐蹕的所在，就稱“行在”)且常駐於此，現在的北京也從此得名。朱棣行在北京後，一改元態，北京城秩序井然，繁榮安樂。
永樂十九年正月，朱棣正式移鼎燕京，以之為京師，稱為“北京”。金陵應天府則作為留都，稱南京。明仁宗的部分時期，則因皇帝個人的喜好因素，北京之法律地位還曾一度由首都，降為君主暫幸之行在，複稱金陵應天府為南京，明英宗正統時才恢復燕京京師的地位。
清順治入關後即進駐北京，亦稱北京為京師順天府，屬直隸省。清廷在北京實行旗民分居政策，即八旗居住內城，漢人和回民居住外城。旗人事務由九門提督管理，而漢族、回族事務則交給順天府衙門管理。
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