史前時代，羅馬時代，中世紀
考古發現維也納在舊石器時代就有人類活動，新石器時代起已有人居住在維也納盆地，維也納良好的天氣條件和富饒的土地資源為新石器時代的農民提供了很好的居住環境，鑄造石器所需的赤褐色和綠色的石塊也能在維也納開采到。銅器時代、青銅時代和鐵器時代同樣也在維也納留下了人類居住的痕跡。
約公元前500年，凱爾特人在現在維也納的位置上建立起壹座名為“Vedunia”的居住區，公元1世紀羅馬帝國在多瑙河附近（現在維也納的市中心）駐紮軍隊並建立城市，以守護潘諾尼亞行省的邊界。羅馬人壹直呆到了5世紀，5世紀初維也納曾發生了壹場毀滅性的火災，接下來的記載出現在881年同馬紮爾人的戰鬥。955年，東法蘭克王國國王奧托壹世在勒赫菲爾德戰役中擊敗了馬紮爾人，標誌著維也納和奧地利的崛起。
巴本堡王朝時代
976年，巴本堡家族的利奧波德壹世被神聖羅馬帝國皇帝奧托二世封為巴伐利亞東部邊區（馬克）的藩侯（封疆伯），這塊匈牙利邊境上的封地後來演變為奧地利。996年史書上第壹次出現“奧地利”這個名稱，Ostarrichi意為“東部馬克”。11世紀維也納已經是壹座重要的貿易城市，1155年亨利二世將維也納作為首都，壹年後的1156年9月17日神聖羅馬帝國皇帝腓特烈壹世授予奧地利亨利二世以小特權，將奧地利從壹個附屬於巴伐利亞的藩侯領地提升到獨立的公爵國，而維也納成為公國的首都。維也納在1221年繼恩斯之後成為奧地利第二座享有發展經濟權利的城市，途徑維也納的商人必須將他們的貨品在城市內提供銷售，這使得維也納很快成為多瑙河通往威尼斯道路上壹座至關重要的貿易城市。
哈布斯堡王朝時代
哈布斯堡王朝在維也納有幾百年的統治歷史，維也納在這壹時期發展成為歐洲的文化和政治中心。
1278年哈布斯堡的德意誌國王魯道夫壹世（1273年至1291年在位）在多次征討後戰勝了巴本堡王朝波希米亞國王奧托卡二世，開始了哈布斯堡王朝統治奧地利的歷史。但在維也納，哈布斯堡王朝花費了相當長的時間建立統治地位，奧托卡二世在1278年的戰鬥中陣亡後，他在維也納的支持者勢力依舊強大，發動了多場反對德意誌國王阿爾布雷希特壹世（1298年至1308年在位）的起義，而接替阿爾布雷希特壹世的盧森堡王朝亨利七世（1308年至1313年在位，1312年至1313年神聖羅馬帝國皇帝）將首都定在布拉格，維也納的城市發展進入了陰影。
此後魯道夫四世（1358年至1365年奧地利公爵）頒布實施壹系列經濟政策，使得維也納恢復了生機，他在1365年建立了維也納大學，並下令建造維也納的斯蒂芬大教堂，他為維也納作出了很大的貢獻，也因此被譽為“維也納的建造者”，但是此後他參與了對哈布斯堡繼承權的爭奪，這使得維也納不斷發生騷亂，經濟呈現衰退。
1438年奧地利公爵阿爾布雷希特二世（1404年至1439年奧地利公爵，1438年至1439年德意誌國王）被選為德意誌國王後，維也納再次成為首都，但是他在任期間發生了1421年至1422年對維也納猶太人的第壹次大規模驅逐和迫害。
軟弱的腓特烈三世（1440年至1493年德意誌國王，1452年至1493年神聖羅馬帝國皇帝，1457年至1493年奧地利大公）在與匈牙利國王匈雅提·馬加什的戰爭中，失去了包括維也納的幾乎全部奧地利領地。1556年匈牙利和波希米亞並入哈布斯堡後，維也納最終成為神聖羅馬帝國的首都。
兩次維也納之圍和巴洛克的輝煌時代
1529年奧斯曼帝國第壹次圍攻維也納，奧地利人依靠中世紀時期遺留下的城墻，艱難地抵禦了土耳其人的進攻，在流行病突發和冬季提前到來的情況下，土耳其人被迫撤軍。土耳其人的圍城暴露出了維也納城防禦的薄弱，因此從1548年起維也納決定改造成壹座由11棟堡壘和1條壕溝構成的要塞。這個決定後來被證明是明智的，1683年土耳其人第二次圍攻維也納，改造後的要塞保衛了維也納長達兩個月，直到波蘭國王揚·索別斯基出兵相援，解除了第二次維也納之圍，也導致奧斯曼帝國開始了衰落。
經歷了土耳其人的兩次圍攻之後，維也納開始了輝煌的建設時代，在重建的過程中繼續展現巴洛克藝術風格，貴族們紛紛在城墻內建造花園和宮殿，其中最為著名的是王子歐根的貝爾佛第宮。
在經歷了1679年和1713年的兩次大蟲害傳染病導致的人口大衰減以後，維也納的人口持續增加，1724年達到15萬，1790年突破20萬，在這個時代，維也納建立了第壹批工廠，鋪設了城市下水道和街道清潔系統，改善了城市的衛生條件。維也納也是最早壹批引入住宅標號制度和國家郵政系統的城市。在約瑟夫二世（1780年至1790年奧地利大公，1765年至1790年神聖羅馬帝國皇帝）在1783年對城市管理進行了改革，他引入了城市公務員制度，還將內城的墓地遷出城市。
隨著城市的迅速發展，維也納很快成了歐洲最重要的文化中心之壹，海頓、薩列裏、莫紮特、貝多芬和舒伯特將維也納古典主義推向頂峰。
奧地利帝國和奧匈帝國統治下的維也納
在法國大革命戰爭中，維也納先後兩次被拿破侖的軍隊占領。
第壹次發生在1805年11月13日，法國軍隊未受到抵抗，不費吹灰之力地進了維也納，維也納的市民們甚至好奇地歡迎了他們。弗朗茨二世在此前的1804年戴上奧地利皇冠，以回應拿破侖的稱帝，成為奧地利的第壹位皇帝，開始了奧地利帝國的歷史。而拿破侖在1806年解散了神聖羅馬帝國，弗朗茨二世不得不摘下神聖羅馬帝國的皇冠，成為神聖羅馬帝國的末代皇帝（1792年至1806年在位）。
1809年拿破侖第二次占領維也納，但是這次他遭到了頑強的抵抗，攻占維也納後不久便在阿斯佩恩戰役中嘗到首次大敗的滋味。拿破侖最終戰敗後，1814年9月18日至1815年6月9日在維也納會議召開，這是壹次由奧地利外交家克萊門斯·梅特涅發起的歐洲列強的外交會議，旨在為拿破侖戰敗後重新調整歐洲政治地圖。
1848年法國二月革命也對維也納產生了影響，3月13日首先爆發了德國三月革命，迫使總理克萊門斯·梅特涅下臺，然後又在10月6日發生維也納十月起義，最終被皇帝的軍隊鎮壓。
1873年維也納世界博覽會
維也納在1850年開始擴建，再次呈現輝煌，在奧匈帝國建立的1867年，“華爾茲之父”小約翰·施特勞斯創作了奧地利最出名的圓舞曲《藍色多瑙河》。這段輝煌在1873年維也納的第5屆世界博覽會達到頂峰，博覽會展現了空前的建築設計。雖然奧匈帝國進入了它的尾聲，但是這段時期維也納也再次攀上以維也納現代主義為代表的文化巔峰，城市建築上發起新藝術運動，繪畫突出古斯塔夫·克裏姆特（Gustav Klimt）和埃貢·席勒（Egon Schiele）的表現主義，音樂方面則有馬勒和萊哈爾，勛伯格、韋伯恩和阿爾班·貝爾格的“維也納第二樂派”，西格蒙德·弗洛伊德開創了精神分析學。