早期主要是平埔族凱達格蘭人和道卡斯人的居住地。居住在現在的桃園城的主要有南朗、小裏、桂倫、合坑仔等四個部落。這四個部落常被稱為南朗四社。除了平埔族，泰雅族當時也住在桃園市。由於桃園地區在何誌和明、鄭時期沒有大規模的開發，所以桃園地區在清朝和雍正時期仍然是原住民居住和聚集的地方。當時，桃園這片廣袤的草原荒地被稱為“老虎毛莊”，意思是“草如害人之虎”。桃園地區最早的開荒官方記錄是1713(康熙五十二年)，大規模開荒始於1737(乾隆二年)。廣東客家移民薛啟龍帶領多名臺南人開墾桃園地區，開墾範圍東起桂綸嶺(桂山)，西至張仔角。後來有移民在此種植桃樹，桃花盛開時，花海如雲，故改稱“桃園”，這就是桃園城名稱的由來。由於桃園的開發是臺北盆地填海的延伸，桃園地區的開發呈現出由北向南的趨勢。
大量中國大陸移民開始遷入後，福建人多聚集在桃園區及附近沿海地區，廣東人則聚集在內陸的中壢、平針、楊梅、龍潭及觀音、吳昕等地。這種按籍貫分離的現象是有明確劃分的。由於宗族制度的復雜性和清初將臺灣北部作為邊疆的現實，閩粵之間和張泉在桃園的爭鬥頻繁，關系十分復雜。乾隆年間，桃園地區已逐漸發展成為兩大聚居地，即桃園和建在閣(今中閣)。清政府將兩個聚居地合並後，各自取壹字，形成壹個城堡名，故名“陶建寶”。日據時期桃園區街景位於桃園區日據遺跡桃園神社(現桃園市烈士神社)。
1894年，清朝與日本爆發甲午戰爭。1895年，清朝戰敗，與日本簽訂《馬關條約》，將臺灣省全島和澎湖列島割讓給日本，臺灣省隨即進入日本統治時期。日據初期，臺灣省的行政區劃變動相當頻繁。從1895到1901，桃園屬於臺北縣。1901年(明治34年)，臺灣省被劃分為20個廳，大部分屬於陶子園廳，下轄大谷園、三角湧、大丘園、楊梅閣、泡菜硼、中裏等6個廳。1909年(明治42年)，臺灣二十廳合並為12廳，但桃園廳的管轄範圍不變。
1920年(大正九年)，臺灣省總督府頒布臺灣省州制(大正九年第3號)、臺灣市制(大正九年第5號)、臺灣省街村制(大正九年第6號)，調整行政區劃，將臺灣西部十廳改組為五州(臺北州)。桃園市大部分是連續的丘陵臺地，地勢由西北向東南狹長，面朝山，面朝海。從石門水庫出發，經過大溪區東北出口大漢溪，將桃園市分為東南和西北兩部分。東南部分為丘陵、梯田和海拔300多米的山地。地勢向東南逐漸升高，山勢陡峭，山谷狹窄。西北部地勢較為平坦，臺地、階地發育良好，河流較短，輻射入海。
由於地形和地質的關系，桃園梯田最重要的地理特征是有人工池塘用於農田灌溉。1963石門水庫建成時，有8845個人工池塘，贏得了“錢塘之鄉”的美譽。有池塘的地方就有聚落，有蓄水灌溉，有養魚休閑，甚至還有風水景觀。所以過去桃園農漁業畜牧業繁榮，物產豐富。甚至到現在，桃園的許多重要建築都是依塘而建，造就了桃園的“塘文化”。壹般常用“臺地礫石層”來指代構成桃園臺地各臺地的礫石層。有學者稱之為“紅土臺地堆積層”。這些紅土礫石層往往細分為不同的地層，即甸子湖層、中裏層和桃園層。這些地層之間的巖性差異不大，主要由下部的礫石層和上部的紅土層組成。礫石主要為白色石英巖、深灰色矽質砂巖和淺灰色砂巖。
至於斷層，桃園市的斷層都分布在東半部的丘陵山區，西半部人口密集的平原地區沒有斷層。桃園市有20多條河流，但除了大漢溪，其余都是截斷各種平臺的小河。這些河流流徑短，水量少，航運價值低，其中老街河最長，南漳河流域面積最大。
桃園市海岸北起鹿竹區胡亥湖附近，西南至吳昕區蜆殼港，呈東北-西南-西走向，略向外凸弧形，曲折不大。河口附近只有凹入的河口或瀉湖，缺乏天然港灣，市內兩大漁港朱偉漁港和永安漁港都是人工修築防波堤。
桃園大鎮是日據臺灣時期的重要水利工程。1924竣工，灌區覆蓋桃園市多個行政區。石門大鎮1964年6月竣工。石門水庫位於桃園市龍潭區、大溪區、復興區交界處，是臺灣省第壹座多功能水庫，可提供大桃園地區灌溉、供水、發電、防洪等多種功能。桃園市除東南山區外，屬亞熱帶季風氣候。
桃園市的氣候受東北季風和西南季風的影響最大。東北季風始於10月下旬，止於次年3月，風力大，溫度低。西南季風始於5月至9月，風力較弱，天氣晴朗，但午後多雷陣雨，尤其是7月至9月的臺風。
年降雨量1，500至2，000毫米(山區2，000至4，000毫米)，夏季多，冬季少，但冬季降雨日數較多。年平均氣溫約23攝氏度，夏季平均29度，冬季平均約16度，年平均濕度約89度。桃園市(1986至2012)平均氣候資料月為1二月，三月，五月，六月，八月，九月，11十月，1二月，年平均氣溫℃(?)65438+。15.8(60.4)17.7(63.9)21.5(70.7)24.6(76.3)27.3(81.1)29.2(84.6)29.0(84.2)27.0(80.6)24.1(75.4)218.4(8.598)275.9(10.862)104.5(4.114)145.8(5.74)193.5(7.618)99.5(3.917)998+02.512.911.814.813.8174.8 2002年，行政院農業委員會對桃園市六種野生動物進行調查。結果共發現哺乳動物36種，鳥類167種，爬行動物37種，兩棲動物25種，淡水魚類47種，蝴蝶143種。
桃園市山區動植物種類繁多，其中建立於1986的大觀山自然保護區屬於國有森林自然保護區。自然保護區內樹種眾多，有沙地柏、楓樹、山毛櫸、闊葉混交林、天然林等，其中22株神木，樹齡500-3000年不等，深受關註。野生動物方面，臺灣的黑熊、獼猴、帝雉、水鹿已被列為國家保護物種。部分山區也在插入天山自然保護區和蘭花野生動物重要棲息地環境的劃定範圍內。
在海岸部分，桃園市吳昕區、觀音區沿岸的藻礁地形是臺灣省最大的藻礁地形，主要由無節幼珊瑚藻和經鈣化沈積的碳酸鈣組成。曾經擁有27公裏藻礁海岸的桃園市，因為工業汙染的影響，看到桃園新的藻礁野生動物保護區，後悔不已。
桃園高蓉野生動物保護區位於楊梅區，是壹個人工池塘。臺北有穩定數量的紅蛙等動物，2012年3月3日宣布為野生動物保護區。北桃園以閩南人為主，包括桃園區、龜山區、八德區、鹿竹區、大溪區、大公園。以桃園區為核心，人口約654.38+0.07萬，相當於日據時期的桃園縣和大溪縣大溪街。南桃園是客家人的主要聚居區，包括中壢區、楊梅區、平鎮區、龍潭區、觀音區和吳昕區。以中壢區為核心，人口約97萬，範圍相當於日據時期的中壢縣加上大溪縣龍潭村。原住民區是原住民聚居地，主要是復興區，約有10600人。
南北桃園開發區如下:區域行政區:大樹林區八德區市中區、中路區、鋪子區、惠濟區、八家厝/下莊仔區、孝裏區、鰲溪區、大溪區大溪區西溪東區、西溪區魯珠區南朗區、坑梓區、大竹。內海前區、浦新區、朱偉區、市中心區、龍崗區、內耕區、大西區(青浦、大倫、果嶺)、銅鑼灣區、龍潭坡區、北市區、蛇子區、平針/石楠區、三坑子區平鎮區東市區。