新石器时代晚期（约前2500年），在温州境内已发现新石器时代文化遗址100余处，出土有石犁、石镰、石斧、石锛、石刀、石凿、石镞、石网坠、石矛及纺轮等劳动工具。尚有夹炭陶片和夹粗沙陶片，先民从事渔猎和耕作。

夏商周时期，温州地属百越之东瓯。楚威王七年（前333年），楚威王破越国，杀越王无疆，越部分族迁东瓯定居。

秦始皇三十七年（前221年），秦王政统一中国，划天下为三十六郡，温州地属闽中郡。

西汉惠帝三年（前192年），惠帝刘盈立驺摇为东海王，都东瓯，温州地属东海国（俗称东瓯国）。建元三年（前138年），东瓯国灭。始元二年（前85年），属会稽郡回浦县。

东汉章和元年（87年），为章安县东瓯乡。永和三年（138年），分章安县之东瓯乡置永宁县，西犹兼处州地，户不满万，县始于瓯江北岸，是为温州建县之始。

东晋太宁元年（323年），析临海郡温峤岭以南地区置永嘉郡，辖永宁，安固、横阳、松阳四县。治永宁，建郡城于瓯江南岸。

南朝永初三年（422年），谢灵运贬宁永嘉，遍历诸县，多有题咏，成为山水诗鼻祖。前此数年，郑缉之撰《永嘉群记》，是温州最早的地方志，今存孙诒让辑本一卷。

隋开皇九年（589年），永宁、安固、横阳、乐成四县合并，称永嘉县，属处州。后三年，处州改名为括州。州治设于括苍（今丽水市）。大业三年（607年），改括州为永嘉郡，郡治仍于括苍，辖永嘉、括苍、松阳、临海四县。

唐武德四年（621年），改永嘉郡为括州。武德五年（622年），析括州之永嘉县置东嘉州，辖永嘉、安固、乐成、横阳四县。贞观元年（627年），废东嘉州重隶于括州。上元二年（675年），从括州析永嘉、安固两县置温州。天宝元年（742年），改温州为永嘉郡，辖四县。乾元元年（758年），复改永嘉郡为温州。天复二年（902年），安固县易名瑞安。

宋太平兴国三年（978年），吴越王钱俶纳土降宋，温州节度州降为温州军事州，辖永嘉、乐清、平阳、瑞安4县，属两浙路。政和七年（1117年），温州军额为应道军节度，升温州军事州为应道军节度州。建炎三年（1129年），罢应道军军额，温州由节度州降为军事州，属两浙东路。咸淳元年（1265年），以度宗潜邸升温州为瑞安府。

元至元十三年（1276年），改瑞安府为温州路，属浙东宣慰司，先隶江淮行省，后隶江浙行省，辖永嘉、乐清、瑞安、平阳4县。元贞元年（1295年），升瑞安、平阳2县为州。

明洪武元年（1368），废路置府，温州路改为温州府，辖永嘉、乐清2县及瑞安、平阳2州〔洪武二年（1369）、洪武三年（1370），瑞安、平阳仍为县〕。属浙江行省，洪武十五年（1382年），改属浙江布政使司。永乐年间（1403—1424年），司下设道，温州府属温处道。其后以至清末，四五百年间，名称隶属相沿无变 。

清宣统三年（1911年），武昌起义后，11月29日，温州组成军政分府，徐定超任临时都督。

中华民国元年（1912年）7月，废温州军政分府，置温州府。民国三年（1914年）6月，置瓯海道，辖温州、处州二府，道尹公署驻永嘉县，属浙江省。民国二十一年（1932年），建立行政督察区，温州区初称浙江省第十县政督察区，督察专员办事处驻永嘉县。后数度更名称第四特区、第三特区、永嘉行政督察区、第八行政督察区。民国三十七年（1948年）4月，改称第五行政督察区。1949年5月7日，温州和平解放，建立温州市军事管制委员会；8月26日，成立第五专区，并设温州市。

中华人民共和国成立后，改称为温州区专员公署。其后，名称和辖县有所变动。

1981年9月，温州地区和温州市合并建立温州市，实行市管县体制。