Мнозина изследователи смятат, че най-вероятната причина за заселването на територията на днешна София са топлите минерални извори, които предоставят чудесни условия за развитие на земеделие и скотовъдство, съчетани с кръстопътното разположение на района.
През новокаменната епоха (неолита) – VI-V хилядолетие преди Христа, най-близкото, сред множеството праисторически селища в Софийското поле е в днешния квартал Слатина. Останки от следващата медно-каменна епоха (халколита) – IV-III хилядолетие преди Христа са разкрити вече много по-близо до днешния столичен център, на снижената сега тераса край площад „Княз Александър Батенберг”, където са сградите на Национална художествена галерия и Националния етнографски институт с музей.
Бронзовата епоха (3000/2750 – 1250 г. преди Христа) е епохата, за която се смята, че тракийските племена вече са населявали територията на България, включително и днешното Софийско поле. Макар и много малко, находките от тази епоха свидетелстват за наличието на тракийско селище в площта между ЦУМ и хотел „Шератон”. Тази епоха полага началото на историческия градски център на София, който не е променил местоположението си до днес.
Находките от старожелязната (XII – VI в.) до елинистическата (III – I в.) епоха, намерени на територията на града, показват, че живота на това място не е прекъсвал и вече може да се говори, ако не за град, в античния или съвременен смисъл на думата, то за селище с наченки на планировка.
Античните автори отбелязват името на племето „серди”, заселило се трайно на територията на днешното Софийско поле. Името, вероятно от келтски произход, преминава и върху главното селище на траките в региона – Сердика, Сердон полис (град на сердите), а след това и върху развилия се тук, след I век след Христа, голям град.
След 45 г. след Христа територията обитавана от сердите преминава към новообразуваната римска провинция Тракия. Земите на провинцията били административно разделени на стратегии – области, наречени по имената на племената, които са ги населявали.
Сердикийската стратегия обхващала цялата област на Западна Стара планина и е просъществувала до времето на император Хадриан (117 – 138 г.), след което е заменена от градската територия (окръг) на Сердика. Благодарение на местоположението си селището бързо се развива икономически, в резултат на което, след 106г., при император Марк Улпий Траян (98 – 117) получава права на муниципиум – на селище с автономно управление и градска уредба. В чест на императора градът започва да се нарича Улпия Сердика и в официални надписи е наречен „най-блестящият град на сердите”. Новият град укрепва икономически, развива се и се благоустроява.
През втората половина на II век, между 176 – 180 г., по време на съвместното управление на император Марк Аврелий и сина му Комод, градът е укрепен с крепостна стена. Трасето й, наложено от естествената конфигурация на терена, определя завинаги постоянната укрепена градска площ и планировка – мястото на четирите крепостни порти и двете свързващи ги главни улици, правилно ориентираната улична мрежа, градските квартали (инсули), мястото на градския площад (форума) и най-важните обществени сгради около него – седалището на римския наместник (преториума), градския съвет (булевтериона), съвета на старейшините (герузията) и др. Следите от тази планировка и сега могат да бъдат разчетени в съвременните трасета и площи на основни улици, булеварди и площадни пространства в центъра на София. През същия II век е каптиран и горещият минерален извор, около който са били издигнати и градските обществени бани (термите). Историческото развитие на града е спокойно и цветущо до към 40-те години на III век, когато за период от около 30 години (239 – 270), нашествия на племена, северно от р. Дунав, засягат като провинциите Мизия и Тракия, така и градската територия на Сердика.
През втората половина на III век в Римската империя настъпват промени, които се отразяват пряко върху статута на града. При император Аврелиан (270 -275) римските гарнизони са изтеглени от територията на днешна Румъния, на юг от р. Дунав и към 272г. административно са оформени две нови римски провинции – Крайбрежна Дакия и Вътрешна ( Средиземна) Дакия, с главен град Сердика.
Началото на IV век е време на основни преустройства, както за цялата Римска империя и нейните провинции, така и за града. Политическите и икономически промени, установяването на християнството, първоначално за равноправна на другите (313г.), а по-късно и за единствената официална, държавна религия (381г.), се отразяват с пълна сила върху положението и архитектурния облик на Сердика. Времето на император Константин I Велики (306 – 337г.) е границата между две големи епохи – залезът на старите езически богове и възхода на новата християнска религия. Императорът превръща града, за дълъг период от време, в своя почти постоянна резиденция.
Показателен е Константиновият израз: „Сердика е моя Рим”. Градът се утвърждава и като един от центровете на новата християнска религия. Неслучайно тук през 343г., по времето на сердикийския епископ Протоген, се свиква Сердикийския църковен събор – продължение на Първия вселенски събор в Никея от 325г. Съборът взима важни решения, имащи дълготрайни последици за християнството.
Времето на император Юстиниан I Велики (527 – 565) е последния период от разцвета на града през античността. Сега са преустроени крепостните му стени, на хълма на източно от него изправя внушителен ръст базиликата „Света София”. Към края на VI – началото на VII век славянските племена вече са се установили трайно в района на Сердика и градът продължава да съществува в славянско обкръжение в границите на Източната римска империя – Византия.
Българският хан Крум (803 – 814г.) оценява стратегическото положение на града, обсажда го през пролетта на 809г. и го завладява, но за окончателното му пресъединяване към Първото българско царство може да се говори по времето на хан Омуртаг (814 – 831г.). Променя се етническия състав на градското население, което става преобладаващо славянско. Към това време се отнася възникването на новото му име – Средец, едно осмисляне и трансформиране на предишното име на града, което отговаряло и на географското му местоположение – в средата на балканските земи, на кръстовището на много пътища. Почти два века Средец се развива като важен политически , военен, икономически и културен център на Първото българско царство.
След завладяването през 972г. на североизточните български земи със столицата Преслав от Византия, Средец става временна столица на държавата и Българската архиепископия, начело с патриарх Дамян, се премества тук от гр.Дръстър (дн.Силистра). Градът не губи своето значение и през периода 1018г -1194г., когато е под византийското владичество. Той е временно седалище на византийския управител на „тема (област) България”, наречен „дук на Средец”.
По време на Второто българско царство за Средец настъпва време на продължителен икономически и културен разцвет (1194 – 1382 г.). Той придобива окончателно облика на типично средновековен град. Улиците се стесняват, появяват се постройки с характерен тухлено – каменен градеж, издигат се нови малки църкви, в околностите му – предимно по склоновете на Витоша и Стара планина, възникват множество манастири. В последните десетилетия на XIV век градът започва да се нарича със сегашното си име – София, по името на базиликата, която се издига край него. Новото име постепенно измества по-старите имена – Сердика, Триядица, Средец и през XV век се налага окончателно.
За първи път новото име София се споменава през 1376 г. в документ на гр. Дубровник, а в български официален документ е отбелязано през 1382 г. – в златопечатната грамота (хрисовул) на Цар Иван Шишман, с която той дава привилегии на Драгалевския манастир „Св.Богородица Витошка”.
През 1382 г., след тримесечна обсада, София е завладяна от османските завоеватели. При новото устройство на завладените балкански територии София става център на най-голямата административна единица – Румелийското бейлербейство (еялет), начело с паша. След Освобождението на града от османско владичество (04.01.1878г.), една година по-късно – на 03.04.1879 г., Първото учредително Народно събрание единодушно избира София за столица на възстановената българска държава.