İstanbul'un tarihi 300 bin yıl önceye kadar uzanır. Küçükçekmece gölü kenarında bulunan Yarımburgaz mağarasında yapılan kazılarda 300 bin yıl öncesine ait ilk izlere rastlanmıştır. Bu dönemde gölün çevresinde Neolitik ve Kalkolitik insanların yasadığı sanılmaktadır.

Çeşitli dönemlerde yapılan kazılarda, Dudullu yakınlarında Alt Paleolitik Çağ'a, Ağaçlı yakınlarında ise, Orta Paleolitik Çağ ile Üst Paleolitik Çağ'a özgü aletlere rastlanmıştır. 5000 yıllarından itibaren başta Kadıköy Fikirtepe olmak üzere Çatalca, Dudullu, Ümraniye, Pendik, Davutpaşa, Kilyos ve Ambarlı'da yoğun bir yerleşimin başladığı sanılmaktadır. Ama bugünkü İstanbul'un temelleri M.Ö. 7. yüzyılda atılmıştır. M.S. 4. Yüzyılda İmparator Constantin tarafından yeniden inşa edilip, başkent yapılmış; o günden sonra da yaklaşık 16 asır boyunca Roma, Bizans ve Osmanlı dönemlerinde başkentlik sıfatını sürdürmüştür. Aynı zamanda, İmparator Constantis ile birlikte Hristiyanlığın merkezlerinden biri olan İstanbul, 1453'te Osmanlılar tarafından fethedildikten sonra Müslümanların en önemli kentlerinden biri sayılan kent, tarihi boyunca Byzantion, Deutera Roma (İkinci Roma), Nea Roma (Yeni Roma), Konstantinopolis, Dersaadet, Deraliye ve Konstantiniye adlarıyla anıldı.

Yaygın kanıya göre, İstanbul çevresindeki en eski yerleşim yeri, Anadolu yakasındaki Fikirtepe'dir. Bu bölgenin, Kalkolitik Çağdan, İ.Ö. 3. binin başlarından itibaren iskân edildiği bilinmektedir. Bununla birlikte, İstanbul'un 20 km. batısındaki Küçükçekmece'nin kuzeyindeki kayalık bir tepe üzerinde yer alan Yarımburgaz Mağarası'ndaki buluntular, Orta Paleolitik çağdan başlayarak burada insanların yaşadığını göstermektedir. Nitekim, bu mağara Bizanslılar zamanında kutsal bir yer olarak kabul edilmiştir. Bu verilere karşın, ilk kentin, doğal bir koy olan 7.5 km. uzunluğundaki Haliç (Keras)'in üst tarafında, Alibey ve Kâğıthane dereleri arasındaki dağlık yüksek burunda, Silivritepe'de kurulduğu öne sürülmektedir. Küçük kayıkların güvenli sığınağı olan bu bölgede her mevsim bol miktarda balık bulunur, kıyıları tarım açısından verimli ve elverişlidir, derelerinden tatlı su elde edilir. Ayrıca, bugün Sarayburnu olarak bilinen ve kent surlarıyla kuşatılmış bölgenin de iskân edildiği bilinmektedir. Nitekim, İ.S. 1. yüzyılda yaşamış ünlü Romalı yazar Plinius, bu kesimde Lygos adı verilen bir köyün bulunduğundan söz etmektedir. Muhtemelen burası, İ.Ö. 1. binde Boğaz'a yerleşen Iraklara aitti. İ.Ö. 8. ya da 7. yüzyılda ise Megaralılar Ege ve Marmara kıyılarından Boğaz'a gelerek Sarayburnu (Akra)'nda, muhtemelen eski Trak yerleşmesinin üzerine kentlerini kurmadan önce Khalkedon (Kadıköy) çevresine yerleşmişlerdi. Bu dönemde, Halic'in sonunda, Galata'nın bulunduğu kesimde ve Hrisopolis (Üsküdar)/te de Yunan yerleşmeleri olduğu belirtilir. Sarayburnu'ndaki yerleşme sonradan Byzantion olarak anılmaya başlandı, diğer kesimler ise Konstantinopolis'in dış mahalleleri haline geldi. Bu dönemden sonra, İ.Ö. 513'te Pers, İ.Ö. 479'da Sparta, İ.Ö. 477 sonrasında Atinalıların egemenliğinden söz edilebilir. Kent, İ.Ö. 340-339'da da Makedonya Kralı II. Philippus'un eline geçti.

Helenistik Çağ Byzantionu'nun Sirkeci, Alemdar Tepesi ve Ahırkapı çevresinde geliştiği; tüm yapıların Topkapı Sarayı'nın dış duvarları içinde yer aldığı anlaşılmaktadır. Kent, taş bloklarla yapılmış sağlam duvarlarla kuşatılmıştı, batıdaki Trakion Kapısı ile 27 kulesi bulunmaktaydı. İ.Ö. 2. yüzyıl sonlarına kadar, yüksek duvarlarla çevrilmiş Byzantion zengin bir kentti. Bu refah düzeyinin kaynağını balıkçılıktan elde edilen gelirler, Boğaz'ı geçen gemilerden alınan vergiler ve toprağın verimliliği oluşturmaktaydı. Bu varlıklı yaşam İ.S. 193 yılma, Roma İmparatorluğunda taht kavgalarının neden olduğu kargaşalık dönemine kadar sürdü. Bu olayların sonucunda tahrip olan ve küçülerek köy konumuna düşen yerleşim Perinthos(Marmara Ereğlisi)'a bağlandı.