西周初期的“成康之治”标志着中国奴隶制社会进入鼎盛时期。公元前841年，镐京“国人暴动”是中国历史是最早的大规模群众暴动驱逐国王事件。
都城咸阳，阿房宫大部分面积在今西安市境内，兵马俑和秦陵在今西安市境内（位于西安市临潼区）。秦的宗庙在渭河南岸，荆轲刺秦王，就发生在秦章台宫（后来的汉未央宫前殿）；廉颇蔺相如，秦王坐章台。秦代宫殿布局还没有形成宫城、皇城和三大殿的布局。秦咸阳城地跨渭河南北。[7]
公元前202年，刘邦取得政权，在长安（今西安城西北郊汉城）建立西汉王朝。刘邦定都关中，取当地长安乡之含意，立名“长安”，意即“长治久安”。
汉长安城位于渭河以南的关中平原上，面积约36平方公里。在西汉时期，作为首都的长安城一直是全国的政治、经济和文化中心，也是中国历史上第一座规模庞大、居民众多的城市。汉长安是在秦咸阳遗址基础上建立起来的，《史记》：“汉长安，秦咸阳也”，张衡《西京赋》云：西汉长安“乃览秦制，跨周法”，《三辅黄图·序》也云：“武昭，治咸阳，因以汉都”。《旧唐书 地理志》说：“京师，故秦之咸阳，汉之长安也。”秦咸阳从惠文王以后，就不断向南扩展，在渭河以南修建了章台、兴乐宫、甘泉宫、信宫、阿房宫及七庙等建筑。刘邦夺得天下后，经娄敬、张良等的劝说，建都长安。修缮秦的兴乐宫而改为长乐宫，在秦章台基础上建未央宫。即汉长安城是在秦都咸阳基础上建立的，说明在都城选址上是汉承秦制的。 汉朝宫阙均在今西安市汉城保护区内，位于北二环以北，而汉代的武帝文帝景帝陵墓，在今咸阳市境内。丝绸之路开通后，长安成为东方文明的中心，史称“西有罗马，东有长安”。汉长安城未央宫遗址
西汉末年的公元9年，大司马王莽正式称帝，曾改都城长安为“常安”。
公元582年，隋文帝颁令在汉长安城东南的今西安城址营建新都大兴城。隋开国之初，都城仍在长安旧城，因久经战乱，残破不堪。因此，隋文帝放弃龙首原以北的故长安城，于龙首原以南汉长安城东南选择新址，建造新城大兴城。
唐定都长安后，改隋大兴城为长安城，并进行了增修和扩建。唐太宗贞观八年（公元634年），在原外郭城东北龙首原上营建大明宫。之后年间又不断修建城墙、城楼、兴庆宫等建筑。宫城完全与今西安市重合，皇宫与今西安市明城墙重合。唐代帝王陵，如昭陵、乾陵等则大部分在今咸阳市境内。而在唐代，唐十八陵全部在京兆府的辖县内，乾陵是京兆府奉天县。唐大明宫
自隋文帝开皇二年（公元582年）开始，至唐高宗永徽五年（公元654年）基本就绪，历时72年。城市面积84.1平方公里，布局规划整齐，东西严格对称，分宫城、皇城和外廓城三大部分。城市结构布局充分体现了封建社会巅峰时期的宏大气魄，在中国建筑史、城市史上具有划时代影响。
五代时，后梁改京兆府为雍州，设大安府，后唐改大安府为京兆府。宋代置陕西路，后置永兴军路。赵匡胤统一中国后，曾经有意迁都长安，最后由于部下反对，只得放弃金代改永兴军路为京兆府路。
元初，长安城的范围依然沿用韩建“新城”，并使用京兆府的名称。至元九年（公元1272年），元世祖封其三子忙哥为安西王，镇守其地，建安西王府。至元十六年（公元1279年）遂该京兆府为安西路。后来由于发生安西王叛乱，安西国被撤。皇庆元年（公元1312年），又改安西路为奉元路。据李好文在《长安志图》中所绘《奉元城图》，四面仅各一门，南门偏东，北门偏西，东西两