在古代历史上，先后共有西周、秦、西汉、新、东汉、西晋、前赵、前秦、后秦、大夏、西魏、北周、隋、唐14个朝代在陕西建都。
陕西地区有人类诞生初期的西安蓝田猿人，是仰韶文化最集中的发现地，有最具原始社会氏族文化代表性的西安半坡遗址和杨官寨遗址，人文初祖炎帝和黄帝的诞生地、部族发源地及陵寝所在地，相传也是更为久远的华胥古国或华胥氏的所在。
古为雍州、梁州之地（陕北、关中属雍州、陕南为梁州）。
周是陕西关中一个古老的部族，始祖名弃，尧舜时被封为后稷，封于邰（今陕西武功县及杨陵区一带）。商代晚期已为渭水中游的强盛诸侯国。姬昌（文王）迁都丰（今西安市长安区马王村一带）。经牧野之战，周武王姬发灭商建立周朝，史称西周。
西周后期，秦始皇的祖上非子替周王室养马有功，周孝王将“秦”（据说曾在今天的甘肃省天水东南）这块土地封给了他，秦国也成了周的附庸。秦穆公时，国力强盛，又打败了东方的晋国，占领了整个关中。由于陕西其地春秋时为秦国，所以简称秦。
秦始皇统一中国，以咸阳（今西安，咸阳一带）为首都，并把全国划分为36郡，今陕西境内有上郡、北地郡、汉中郡。
秦亡之后，项羽自立为西楚霸王，把陕西关中和陕北地区分封给秦朝的三名降将：章邯为雍王，治咸阳以西地区，都废丘（今咸阳兴平市）；司马欣为塞王，治咸阳以东地区，都栎阳（今西安市临潼区）；董翳为翟王，治陕北地区，都高奴（今陕西延安市一带）。将应封为关中王的刘邦分封到偏僻的汉中区域。
西汉时期，京师长安城是中国历史上第一个大规模的城市，当时世界上只有欧洲的罗马城可以与之媲美。
西汉的郡、国在今陕西省境内的有京兆尹、左冯翊、右扶风、上郡、汉中郡，以及弘农、武都、广汉、西河、北地等郡的部分县。属于司隶校尉部及朔方、益州、凉州三刺史部。
东汉时期，迁都洛阳，以长安（今西安）为西京。今陕西地分别属于司隶校尉部和益州、凉州、并州等刺史部。
魏晋南北朝时期，这段时期在陕西建都的政权先后有西晋、前赵、前秦、后秦、大夏、西魏和北周。除大夏建国都统万城（今陕西靖边县）外，其余朝代均建都汉长安城。
西晋时期约与三国时期相同，今陕西省境内当时设有雍、梁2州及秦、司2州部分郡、县。
隋朝时期，改州为郡，实行郡、县二级制，治所在今陕西省及辖地涉及今陕西省的共14个郡，99个县。隋文帝杨坚在汉长安城东南营造面积达80多平方千米的新都城——大兴城。
唐代是中国古代的鼎盛时期，也是古代陕西最繁荣的时期。唐代长安人口最多时超过100万，是当时世界上最大的城市。
中和元年（881年），黄巢率农民起义军攻入长安，在大明宫含元殿即皇帝位，国号“大齐”。
五代十国时期，今陕西省秦岭以北的大部地区，当时属于梁、唐、晋、汉、周；关中西部在唐末即被李茂贞占据，建立岐国，后被后唐灭掉；陕南初属前蜀，后归后蜀；北汉则占有今陕西省神府一带，
公元965年，北宋灭后蜀，控制陕西全境，设立关西道，后改为陕西路。
南宋时期，金国控制关中地区，陕南地区以秦岭屏蔽，归属南宋。
元朝初期，设立陕西四川行中书省，辖区约有今陕西、甘肃、宁夏、青海、四川五省区及内蒙古自治区河套地区。
后设甘肃等处行中书省，将陕西、四川行中书省分成陕西等处和四川等处两个行中书省。
明朝时期，陕西地区为陕西承宣布政使司，辖今陕西全境和甘肃嘉峪关以东、宁夏及青海湖以东部分地区。改奉元路为西安府，西安之名即由此而来。
崇祯十七年（1644年）正月初一，李自成改西安为长安，建立大顺政权。
清朝时期，将平凉、庆阳、临洮、巩昌、四府划出，从陕西省分置甘肃省（含宁夏）。
民国三年（1914年）六月，陕西省分为关中道、汉中道和榆林道三道。
1949年12月，陕甘宁边区辖地约为今陕、甘、宁、青、新5省区全部，山西省西半部，湖北省郧阳地区和内蒙古自治区河套及套西地区。
截至2019年，陕西省下辖10个地级市、30个市辖区、6个县级市、71个县。分别为西安市、宝鸡市、咸阳市、铜川市、渭南市、延安市、榆林市、汉中市、安康市、商洛市。
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