Rozwój Florencji rozpoczął się od założenia przez Juliusza Cezara w 59 r. p.n.e. kolonii dla byłych żołnierzy, zwanej Florentia. Do dziś można dostrzec rzymski plan szachownicy ulic pomiędzy katedrą a Piazza della Signoria. Miasto zaczęło sie rozbudowywać, a regularny ruch jednostek handlowych po rzece Arno przyczynił się do szybkiego rozwoju Florencji w II i III w. n.e.
Od końca VIII wieku kontrolę nad Florencją sprawowali Frankowie Karola Wielkiego, a administarcyjnie miasto podlegało margrabiom rezydującym w Lukce. W przeciągu następnych trzystu lat Florencja wybiła się na pierwsze miejsce pośród miast Toskanii i stała się szczególnie ważnym ośrodkiem religijnym. W 1115 roku margrabina Matylda Toskańska przyznała Florencji status niezależnego miasta. Rządy w tym średniowiecznym mieście-państwie sprawowała stuosobowa rada, wywodząca się spośród bogatej klasy kupieckiej. W 1125 roku miasto przypieczętowało swą dominację nad regionem, pobiwszy swego rywala - Fiesole.
W 1207 roku radę rządzącą zastąpił podesta. Na ten urząd tradycyjnie obierano kogoś spoza Florencji. Mniej więcej w tym czasie utworzono pierwsze arti (cechy) w celu promowania interesów kupców i bankierów. Przez cały XIII wiek i później, Florencję wstrząsały konflikty między procesarskimi gibelinami a propapieskimi gwelfami. Zatarg ten wkrótce rozprzestrzenił się na całe Włochy. Popierany przez gwelfów reżim Primo Popolo, rząd klasy kupieckiej, został obalony po zwycięstwie nad Florencją armii sienieńskiej i jej gibelińskich sprzymierzeńców w 1260 roku. Już w 1280 roku gwelfowie znaleźli się z powrotem u władzy dzięki Secondo Popolo, reżimowi sterowanemu przez arti maggiori (wielkie cechy). System republikański usprawniono w roku 1293, wykluczając arystokrację z rządów. To dramatyczne posunięcie przekazało władzę w ręce Siniorii, rady wywodzącej się z głównych cechów.
Medyceusze zawdzięczali swój majątek zmysłowi bankierskiemu Giovanniego Bicci de'Medici. Jego syn, Cosimo (zwany później Cosimem Starszym) doskonale wykorzystał władzę, jaką daje bogactwo i stał się kluczową postacią polityczną w mieście, choć sam rzadko obejmował urzędy. Dzięki mecenatowi Cosima, w XIV wieku Florencja stała się głównym ogniskiem twórczości artystycznej we Włoszech. Tradycję kontynuował jego syn, Piero il Gottoso (Podagryczny) i wnuk Lorenzo il Magnifico (Wawrzyniec Wspaniały). Nieczęć papiestwa do niezależności Florencji znalazła odbicie w nienawiści rodu Pazzich do Medyceuszów. Lorenzo został ranny, a jego brat zamordowany w wyniku spisku Pazzich (1478 r.), który w końcowym efekcie jedynie zwiększył szacunek, jakim cieszył się Wawrzyniec Wspaniały. Medyceusze z pewnymi przerwami rządzili we Florencji do roku 1737, kiedy to zmarł ostatni męski potomek rodu, Gian Gastone.
Po wygaśnięciu rodu Medyceuszów, na mocy traktatu, Florencja przypadła księciu lotaryńskiemu Franciszkowi Stefanowi, przyszłemu Franciszkowi I. Panowanie dynastii habsbursko-lotaryńskiej trwało aż do nadejścia Francuzów w 1799 roku. Po piętnastu latach ich władzy przywrócono dynastię austriacką - tym razem utrzymała się do powstań w przededniu Risorgimento w 1859 roku. Rok później Florencja została wchłonięta przez zjednoczone państwo włoskie, a w 1861 roku została stolicą Królestwa Italii, w której to roli występowała do 1875 roku.
Późniejsze lata odznaczaję się głównie katastrofami. W 1944 roku miasto zostało poważnie zniszczone przez wycofującą sie armię niemiecką - zbombardowała ona wszystkie mosty z wyjątkiem Ponte Vecchio i wysadziła w powietrze dużą część średniowiecznego miasta opodal rzeki Arno. Jeszcze większe spustoszenia poczyniła powódź w listopadzie 1966 roku, w której śmierć poniosło wiele osób, a szkody wyrządzone budynkom i dziełom sztuki do dziś nie zostały w pełni naprawione. Budowa nowego sektora przemysłowego (Firenze Nuova) pomiędzy północnymi przedmieściami a Prato, w dużej mierze finansowana przez koncern Fiata, to najnowsza z dotychczas podejmowanych prób uwolnienia Florencji od zwiększającej się zależności od turystyki.