Początki Florencji sięgają czasów Juliusza Cezara, który w 59 p.n.e. założył na miejscu dawniejszego, etruskiego miasta kolonię dla byłych żołnierzy i nazwał ją Florentina. Zabudowa tego okresu została założona na planie obozu wojskowego. Z tego okresu pochodzi zachowany szachownicowy układ ulic. Początkowo, w czasach Cesarstwa Rzymskiego, Florencja była ośrodkiem handlu i rzemiosła. W 405 obroniła się przed najazdem Ostrogotów, w 539 uzależniona od Bizancjum a od 541 od Gotów. W 570 została podbita przez Longobardów, którzy z kolei utracili miasto na rzecz Franków.

W XI wieku odzyskała znaczenie jako ośrodek handlu, przede wszystkim z uwagi na swoje położenie – na drodze z Francji do Rzymu. W 1078 rozpoczęto budowę nowych fortyfikacji. Od 1115 miasto uzyskało status niezależnego miasta a w 1183 Florencja ogłosiła się komuną miejską. Mimo trwających w tym okresie zatargów pomiędzy stronnictwami gwelfów i gibelinów, licznych sporów i wojen, jest to trwający wiele stuleci czas rozkwitu i rozwoju miasta. Oprócz handlu w XII wieku rozwinęło się sukiennictwo a później także jedwabnictwo. W XIII wieku powstały pierwsze domy bankowe. W 1252 rozpoczęto bicie złotych monet – florenów, które szybko stały się główną monetą Europy. W mieście działali Brunetto Latini, Dante Alighieri, Giotto di Bondone i Arnolfo di Cambio. Jednocześnie narastał konflikt pomiędzy bogatymi cechami rzemieślniczymi i pozbawioną praw ubogą ludnością.

W 1378 wybuchło powstanie zmieniające formę sprawowania władzy. Od 1434 miastem począł rządzić ród Medyceuszów, który doprowadził miasto do okresu największej potęgi gospodarczej i kulturalnej (2 poł. XV w.). Pod rządami Wawrzyńca Wspaniałego (Il Magnifico) miasto wzbogaciło się o znaczną liczbę wielkich dzieł sztuki oraz liczne budowle. Po obaleniu Savonaroli w 1498 faktyczną władzę w Republice Florenckiej jako dożywotni gonfalonier przejął Piera Soderini, a jego bliskim współpracownikiem był Niccolò Machiavelli. W 1512, po obaleniu republiki, do władzy powracają Medyceusze. Ich rządy trwają do 1737 roku. Był to okres największego rozkwitu miasta zarówno pod względem gospodarczym jak i kulturalnym. W tym czasie w mieście tworzą Leonardo da Vinci i Michał Anioł (Michelangelo).

W roku 1737 Toskania wraz z Florencją została podporządkowana bocznej linii austriackich Habsburgów. Po wygaśnięciu dynastii stery władzy przejęła rodzina Lorena. W latach 1801 – 1808 Florencja jest stolicą Królestwa Etrurii. Od 1860 włączona do Królestwa Sardynii, stolica Zjednoczonych Włoch w latach 1865–1870.

4 listopada 1966 roku Florencję nawiedziła wielka powódź, wylanie rzeki Arno. Powódź zalała i zniszczyła wiele cennych zabytków.