Donde hoy se encuentra Florencia los Etruscos fundaron una ciudad llamada Fiesole alrededor de 200 antes de Cristo. Más tarde llegó a ser una ciudad romana con posición estratégica cuyo propósito era controlar Vía Flaminia que unía Roma al norte de Italia y Galia. Florencia inició su renacimiento después de la decadencia bárbara, en la época carolingia, alcanzando su máximo esplendor entre los siglos XI y XV, como municipio libre, en equilibrio entre el poder Imperial y el Papal, superando los conflictos internos entre los Guelfi (pro papistas) y los Ghibellini (fuerzas pro imperiales). Estos conflictos empezaron en la mitad del siglo XIII, y duró casi otro siglo. Más tarde, las fracciones de los Guelfi - los Neri y Bianchi se disputaban por el poder. La gran plaga de 1348 diezmó la población de la ciudad y el gobierno se veía amenazado por la creciente agitación de las clases más bajas. En el siglo XIV Florencia fue gobernada por los descendientes de los Guelfi bajo el liderazgo de la familia Albizzi. Entre las familias que se oponían estaban los Medici, cuya influencia creció cuando se hicieron banqueros del papa. En el siglo XV Cosimo de Medici emergió como la cabeza de la oposición a los Abizzi y llego a ser el gobernador de Florencia. Su refinado gusto artístico hizo que los artistas como Albeti, Brunelleschi, Lorenzo Ghiberti, Donatello, Fra Angelico y Fra Filippo Lippi crearan numerosas obras maestras bajo su patronato. El gobierno de su nieto, Lorenzo il Magnifico, representa el período más glorioso de la civilización florentina y del Renacimiento italiano. Lorenzo favorecía a los filósofos, pero mantuvo la tradición familiar de apoyar a los artistas como Botticelli y Domenico Ghirlandaio; también apoyaba a Leonardo y al joven Miguel Angel, que trabajaba bajo Giovanni di Bertoldo, alumno de Donatello.
Después de la muerte de Lorenzo en 1492, los Medici decayeron y dos años más tarde fueron expulsados de Florencia.La ciudad cayó en manos de Girolamo Savonarola, monje dominicano, que estableció una república puritana hasta que cayó en desgracia y fue quemado como hereje en 1498. En 1512, Florencia fue tomada por los españoles. Los Medici volvieron a la ciudad y fueron expulsados esta vez por el emperador Carlos V en 1527. Dos años más tarde Carlos no sólo permitió a los Medici a volver a Florencia sino que también casó a su hija al tataranieto de Lorenzo, Alessandro de' Medici, a quien le proclamó Duque de Florencia en 1530. Los Medici gobernaron durante los siguientes 200 años, y en ese tiempo consiguieron controlar toda Toscana.
En 1737 el Gran Ducado de Toscana pasa a la Casa de Lorraine, que mantuvo el control (a parte de la breve interrupción bajo Napoleón desde 1799 hasta 1814) hasta que fue incorporada dentro del Reino de Italia en 1860. Florencia se hizo capital de reino un año más tarde, pero Roma asumió este cargo permanentemente en 1875.
Florencia fue gravemente dañada durante la segunda guerra mundial por los Alemanes que, al retirarse, destruyeron todos sus puentes excepto el Ponte Vecchio. Las devastadoras inundaciones afectaron la ciudad en 1966, causando daños inestimables a sus edificios y obras de arte. Sin embargo la operación de salvar Florencia sirvió para desarrollar y aplicar las técnicas de restauración en todo el país.