Na starším hradišti byl v 11. století založen hrad, který byl až do konce 12. století sídlem údělných přemyslovských knížat. Na jeho předhradí založil Vratislav II. roku 1063 biskupství, jež bylo roku 1131 přeneseno přímo na hrad. Roku 1253 bylo založeno královské město, které později dostalo magdeburské právo. Roku 1306 zde byl zavražděn Václav III., poslední Přemyslovec. Jako markrabě moravský ve městě často pobýval pozdější král Karel IV., který zde nechal založit zemské desky moravské. V době husitských válek stálo město na Zikmundově straně a v době bojů Jiřího z Poděbrad na straně uherského krále Matyáše Korvína, který se zde dal roku 1469 prohlásit českým králem. Roku 1573 byla zdejší jezuitská akademie (založená roku 1566) povýšena na univerzitu. V roce 1619 se město přidalo k českému stavovskému povstání a vypudilo jezuity. Za třicetileté války značně utrpělo a v letech 1642 – 1650 bylo drženo Švédy. V té době se hlavním městem Moravy stalo Brno. V roce 1777 bylo zdejší biskupství povýšeno na arcibiskupství. V roce 1741 byla Olomouc obsazena Prusy. V letech 1742 – 1754 bylo město proměněno v barokní pevnost, která odolala pruskému obléhání roku 1758, ale omezila růst města (roku 1888 zrušena). V revolučním roce 1848 se sem uchýlil vídeňský dvůr a císař Ferdinand V. se zde vzdal trůnu. Nový rozvoj města nastal až po první světové válce.
Komenský se patrně účastnil vítání krále Fridricha V. Falckého roku 1620 v Olomouci.