桂林歷史悠久。據市區寶積巖和甑皮巖洞穴發現的遺物考證，距今約一萬年前，桂林就有人類祖先活動。夏、商、周時期，桂林是“百越”人的居住地。公元前214年秦始皇開鑿靈渠，溝通湘、漓二水後，桂林便成為“南連海域，北達中原”的重鎮。“
桂林”之名，始於秦代，秦始皇置桂林、象、南海三郡，桂林郡因當地盛產玉桂而成名，這是“桂林”名稱的最早起源，但郡治不在今天的桂林市。
西漢元鼎六年（公元前111年），在今桂林設始安縣，隸屬荊州零陵郡。東漢時改屬始安侯國。三國時先屬蜀，後歸吳。甘露元年（265年），置始安郡始安縣，郡縣治所都在今之桂林。
隋唐時屬嶺南桂州總管府。唐武德四年（621年），李靖修城於獨秀峰南，貞觀八年（634年）改名臨桂縣，屬桂州始安郡，光化三年（900年）始，屬靜江節度。五代十國時先後屬楚和南漢的桂州。
宋時，前屬廣南西路桂州，後屬靜江府。元時屬廣西行中書省靜江路。明清時均屬廣西省桂林府。民國時屬廣西省，1914年改名桂林縣，1940年始設桂林市，1944年11月至1945年7月28日，為日寇佔領，光復後仍為廣西省轄市，民國曆史上長期為廣西省會。
桂林城區的獨秀峰、虞山、疊彩山、南溪山、隱山、西山等自唐以來就成為名山名景。灕江兩岸的象鼻山、九馬畫山、螺螄山、碧崖閣山、淨瓶山等，早在明代大旅行家徐霞客《粵西遊記》內就有描述；陽朔境內遇龍河兩岸奇峰秀麗。
桂林“無山不洞，有洞皆奇、皆幽”。唐宋以來，開發較早的洞穴有七星巖、白龍洞、乳洞、蘆笛巖、穿山岩等。後期有荔浦豐魚巖、銀子巖，草坪冠巖、永福金鐘山洞（永福巖）、興安世紀冰川靈佛洞、灌陽黑巖等。
灕江為桂江中游河段，幹流長164千米，幹流在桂林市區和陽朔縣境內，自桂林至陽朔的86千米河段，“江作青羅帶”“枕底濤聲枕上山”，一年四季可通航旅遊客船，每年接待遊客近千萬人次，被稱為“世界旅遊之江”。
資江在資源縣境內長約83千米，曲折蜿蜒，清澈見底，兩岸綠野丹山，雄奇險秀，渾厚粗獷。灕江之美，在於兩岸的峰林地貌，資江之美，在於兩岸的丹霞地貌，兩條不同的江河，兩種不同風格的美。陽朔的金寶河、遇龍河與兩岸田園、農舍交織構成田園風景畫；資江、五排河、龍勝巖門峽等漂流河段，水流湍急，灘多水淺，有驚無險。
桂林的湖泊有兩種：一是岩溶湖，如桂林西湖、陽朔西塘；二是人工湖，桂林城區榕杉湖、西清湖、寶賢湖、麗澤湖等是在宋代靜江府西城護城河的遺址基礎上形成。
桂林的一些高大山體周圍多有瀑布、跌水，如資源寶鼎瀑布、花坪紅灘瀑布、臨桂九灘瀑布、紅溪瀑布、荔浦天河瀑布，這些瀑布常年有水，瀑帶較寬，水量較大。
桂林的泉大多數為岩溶泉，也有一些非岩溶泉，如堯山的天賜田泉。依水溫分類，有溫泉，也有冷泉，龍勝矮嶺溫泉水溫54～58℃，成為桂林重要的旅遊度假區；興安海洋山下發現有水溫在9℃左右的冷泉一處。桂林古泉有四方靈泉、聖母池、月牙池等。
桂花是桂林的市花。杜鵑花在花坪和貓兒山成片生長，尚有不少是中國乃至世界獨有種類。桂林盛產毛竹，生活在竹區的民眾，吃竹筍，用籮筐、竹扁擔，睡竹床，住竹樓，形成特有的民間生活方式。古南門古榕、穿巖古榕、修仁古榕，均達千年。
大西江樟樹王、雁山泡桐王、恭城銀杏王等，大者直徑4米有餘，高者近30米。八角廊騎牆榕、四賢祠重陽木吞碑、藩臺厚殼樹、夫妻紅豆樹等珍稀罕見。王維“紅豆生南國”的雁山紅豆樹、蔣冕手植的羅漢松、美國總統所贈的北美紅杉，樹因名人而出名。
樹蕨、舞草、方竹、巨型蜘蛛抱蛋、佛肚樹等，因其奇特而引人注目。大南山草場是中國南方丘陵山區示範性牧場。荔浦市雙江鎮被中國蘭花協會譽為“中國蘭花第一鎮”。
桂林市周圍山地分佈著一些自然保護區和森林公園，如花坪國家級自然保護區、貓兒山國家級自然保護區、龍勝國家級森林公園、資源國家級森林公園；還有一些重要的自治區級自然保護區，如青獅潭水源林保護區、海洋山水源林保護區等。
這些保護區是野生動物棲息地。銀竹才老山、打鳥界、花坪、貓兒山、千家洞、銀竹老山資源冷杉、架橋嶺、銀殿山等11個自然保護區內，棲息著黃腹角雉、大鯢、穿山甲、毛冠鹿、水鹿、獼猴、白鷳、小靈貓、大靈貓、水獺等，其中不少是國家一、二類保護動物。
這些保護區既是桂林山水旅遊資源的生態屏障，又是桂林旅遊資源的重要組成部分，具有生態、科考等重要意義。
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