Първоначално София е била тракийско селище - Сердика, кръстено на племето Серди, което е населяво земите и. За кратък период от време около 4-ти век пр. н. е., градът е бил във владение на Филип Македонски и неговия син Александър Велики.
Около 29 години пр. н. е. Сердика е завладяна от римляните и преименувана на Улпия Сердика. Тя се превръща в административна област по време на царуването на император Траян (98-117). Градът се разраства, строят се защитни стени, административни и културни сгради, обществени бани, базилика и голям амфитеатър. Когато император Диоклециан разделя провинция Дакия на Крайбрежна Дакия (на брега на река Дунав) и Средиземноморска Дакия, Сердика става столица на Средиземноморкса Дакия. През следващия век и половина градът постепенно се разраства, за да може по-късно Константин Велики да го нарече "моят Рим". През 343 година се провежда Сердикийския събор, на който заседават 318 епископа от цялата империя, като на същото място през 6-ти век е построена църквата "Св. София".
Градът е бул разрушен от хуните през 447 година и възстановен по-късно от византийския империатор Остиниан и преименуван на Триадица. Въпреки, че е често разрушаван от славяните, градът остава под византийска власт до 809 година.
София става част от Първата българска държава по време на управлението на хан Крум през 809 година. Тя е преименувана на Средец и се развива като важна крепост и административен център.
След няколко неуспешни обсади, градът отново пада под Византийска власт през 1018 година. Градът отново е част от Българската държава от 1191 година, след възстановяването на държавата по времето на Иван Асен I. От 12-ти до 14-ти век в Средец процъфтява занаятчийството и търговията. Той е преименуван на София (което означава "мъдрост" на гръцки) през 1376 година. Въпреки това се нарича и София, и Средец до 16-ти век, когато новото име постепенно заменя старото.
София е завладяна от Османската империя по времето на царуването на султан Мурат I през 1382 година. През 1443 година Янош Хуняди и Владислав III правят отчаян опит да прогонят турците, но опитът им е неуспешен. През 1444 година София става столица на Румелия и до 18-ти век остава център на региона.
Много Османски сгради възминкват по време на робството, като малко са запазените и до днес, само една джамия - Баня Баши. Данъчните регистри от 16-ти век свидетелстват за значително нарастване на мюсюлманското население за сметка на българското. 915 мюсюлмански и 317 християнски семейства през 1524-1525, за да се стигне до 1017 мюсюлмански, 257 християнкси, 127 евреи и 38 ромски семейства през 1573 година. По време на Османското владичеството градът бележи голям демографски растеж. От 6000 жители през 17-ти век, до 70-80 000 през 18-ти век.
София е освободена от руските войски през 1878 година, по време на Руско-турската освободителна война от 1877-1878 година и се превръща в столица на автономно Княжество България през 1879 година, което става Царство България през 1908 година.
На Разпети петък , април 1925 година е извършен и най-сериозния терористичен акт в Българската държава на територията на София, в църквата Света Неделя. Нападението е проведено от Българската комунистическа партия, като жертвите са над 150, а ранените около 500 души.
На 10 януари 1944 година и на 30 март 1944 година съюзническите Военно-въздушни сили на Великобритания и САЩ извършват две въздушни нападения и бомбардировки над София. Разрушен е почти целият център, убити са над 2000 души и са разрушени 12 657 сгради.
След падането на режима на Тодор Живков през 1989 година, следва нов подем в строителството. Построени са много нови модерни сгради, много от тях с чужди инвестиции.
