Ранняя история
За обладание «дагестанским коридором» в своё время боролись гунны, персы, арабы. Немаловажную роль в истории борьбы за обладание этим коридором сыграл аул Тарки, расположенный недалеко от современной Махачкалы. Под названием «Таргу» он впервые упоминаются в VIII веке у армянского историка Гевонда.

Тарки был известен уже с XV века как торговый центр, через который проходил караванный путь на город Дербент — один из древнейших городов мира. Под именем Инджи (кум. Инжи, позднее Анжи) населённый пункт известен со средневековья.
В составе Российской империи
В 1844 году на холмистом взгорье Анджи-Арка, что в переводе с кумыкского значит «Спина (горб) Анжи», было заложено укрепление Петровское, названное так в память о пребывании в этих местах Петра I в 1722 году во время Персидского похода. В 1857 году оно получило статус города и название Петровск, город также имел кумыкское название Анджи-кала.
В 1870 была построена искусственная гавань и порт.
В 1894—1896 город был соединён с Владикавказом и Баку. Грузооборот порта значительно возрос.
Первым промышленным предприятием города был построенный в 1876 году пивоваренный завод. В 1878 году начала работать первая типография. Позднее построены две табачные фабрики.
В конце XIX и начале XX веков началось интенсивное развитие города. Построена железная дорога Ростов-на-Дону—Баку, по которой было открыто движение поездов до Порт-Петровска.
К 1897 году население города увеличилось более чем в четыре раза и превышало 8,7 тыс. человек
В 1900 году завершили строительство крупнейшего предприятия города бумагопрядильной фабрики акционерного общества «Каспийская мануфактура» (в советский период фабрика им. III Интернационала).
В 1914 году был построен небольшой нефтеперегонный завод. Численность населения увеличилась и превысила 24 тыс. человек, город занял первое место среди городов Дагестана как по численности населения, так и по экономическому значению. Административно-политическим центром Дагестанской области оставался город Темир-Хан-Шура.
В конце 1915 года вступила в строй железнодорожная линия Петровск — Темир-Хан-Шура, соединявшая город с нагорным Дагестаном.
В конце XIX — начале XX веков в Петровске были построены нефтеперегонный и бондарный заводы, бумагопрядильная и табачная фабрики, железнодорожные мастерские.
В городе Порт-Петровск было только 4 улицы — Барятинская (ныне Буйнакского); Привольная (ныне Даниялова ← Маркова ← Садовая ← Привольная); Соборная (ныне ул. Манташева ← Оскара ← Октябрьская ← Соборная) и Инженерная (ныне Р. Гамзатова ← В. И. Ленина ← Комсомольская ← Инженерная). Улицы в центральной части были вымощены булыжником и освещались керосиновыми фонарями. Здесь были каменные и кирпичные дома, в которых жили чиновники, офицеры и священнослужители, богатые горожане. На главной улице — Барятинского — размещалась гостиница «Гуниб» на 25 мест, несколько магазинов, аптека, кинотеатр «Прогресс», а на месте, где сейчас находится Госбанк (Центробанк РФ), был постоялый двор. На остальных улицах царила непролазная грязь, а летом — пыль, тучи мух и комаров. От бани, снесённой только в 2004 году, и располагавшейся по ул. Малыгина 1, была прорыта канава, по которой грязная вода стекала в море. Даже площадь у собора, где сейчас находится Правительственный дом, представляла захламлённую и неблагоустроенную территорию. В городе была всего одна библиотека с тремя тысячами книг, зато было свыше двух десятков питейных заведений. Водоснабжения в городе не было, люди носили воду в бочках.
18 ноября 1918 г., в период Гражданской войны и интервенции, приказом порт-петровского градоначальника, полковника Абдусалама Магометова город Порт-Петровск был переименован в Шамиль-Кала.
В советское время
14 мая 1921 г. приказом № 59 Дагестанского революционного комитета город Петровск-Порт переименован в Махачкала, в честь дагестанского революционера Махача Дахадаева (1882—1918). 15 декабря 1923 г. Президиум ЦИК ДАССР объявил Махачкалу столицей ДАССР.
В середине 1930-х годов к городу был присоединён посёлок городского типа Петровск-Кавказский (ныне мкр. Махачкала-1).
В советское время столица Дагестана ускоренно развивалась, с 1930-х по 1980-е годы численность населения возросла более чем в 10 раз, были созданы основная социальная инфраструктура, современная система образования и базовые отрасли промышленности. Была решена проблема водоснабжения, были построены десятки медицинских учреждений, учреждений культуры, открыты высшие и средние учебные заведения. В формировании состава населения г. Махачкалы участвовали все народы Дагестана.
До 1952 года у Центральной площади города стоял Храм Великого князя Александра Невского. Храм был освящён 30 августа 1891 года. В 1952 году его постигла та же участь, что и многие религиозные постройки советской России — храм был снесён. В настоящее время на его месте расположено здание главы и правительства РД.
В годы Великой Отечественной войны 5 махачкалинцев были удостоены звания Героя Советского Союза.
Большие изменения во всех сферах жизни города произошли в послевоенные 1950—1970-е годы. Уже в 1969 году в Махачкале было 4 вуза: (Дагестанский государственный университет, сельскохозяйственный (ныне Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия), медицинский (ныне Дагестанская государственная медицинская академия), и педагогический (ныне Дагестанский государственный педагогический университет) институты, 51 общеобразовательная школа, десятки библиотек с общим фондом более 1,4 млн книг, свыше 20 кинотеатров (большинство позже было переформировано). Высокими темпами развивалось гражданское строительство. Были размещены крупные промышленные объекты, среди них заводы им. М.Гаджиева, Машиностроительный (ныне «Авиаагрегат»), «Сепараторов», «Дагэлектромаш», Приборостроительный, «Стекловолокно», Радиотоваров, «Эльтав», фабрики им. III интернационала, им. Крупской, рыбо-консервный комбинат им. Борцов Революции и другие.
В конце 1960-х в Махачкале на склоне горы Тарки-Тау планировалось установить фуникулёр, но позже проект свернули.
Махачкала сильно пострадала во время землетрясения 14 мая 1970.
Конец XX века
В связи с распадом СССР, началом экономических реформ и переходом на рыночное хозяйство, промышленность Махачкалы, в основном ориентированная на заказы ВПК, оказалась в тяжелейшей ситуации. Программы конверсии не удалось реализовать.
В 1990-е годы наступил затяжной этап снижения производства. К примеру: завод «Стекловолокно» обеспечивал работой до 1990 года 3800 человек, сейчас — менее 500. Заводы «Эльтав», Приборостроительный, Радиозавод, Дагэлектромаш, фабрики им. 3-го Интернационала и Крупской, Рыбо-консервный комбинат полностью выведены из строя и ликвидированы, а территория распродана под строительство. То же самое и с другими предприятиями. В конце 1990-х годов ситуация стала улучшаться. Начало XXI века отмечено существенными положительными изменениями в структуре производства и наращивании промышленного потенциала города.
В 1998 году главой администрации города был назначен Саид Амиров.
В конце XX века Махачкала стала мишенью ваххабитов и радикальных исламских организаций.
21 мая 1998 года в Махачкале братья Хачилаевы со своими сторонниками захватили здание правительства и Госсовета республики с целью проведения перевыборов главы Дагестана.
XXI век
В июне 2013 году глава администрации Махачкалы Саид Амиров был арестован правоохранительными органами. На его место был назначен ректор ДГУ Муртазали Рабаданов. В апреле 2014 года Рабаданов ушёл с поста и. о. мэра Махачкалы по собственному желанию, а на его место глава Дагестана Рамазан Абдулатипов назначил Магомеда Сулейманова. В июле 2015 года вместо Сулейманова и. о. мэра стал Муса Мусаев. Депутаты городского собрания Махачкалы приняли решение досрочно освободить от должности мэра столицы Дагестана Мусу Мусаева, приговоренного к четырем годам колонии за мошенничество. Об этом 27 декабря 2018 проинформировали в пресс-службе мэрии.С 2019 года Главой Республики Дагестан является Будунов Мухтар Раджабович.
В 2001, 2002, 2003 и 2011 году Махачкала входила в первую тройку конкурса «Самый благоустроенный город России», проводимый Росстроем. Озвучивая итоги конкурса за 2011 год, премьер-министр России Дмитрий Медведев назвал призовое место Махачкалы «особенно важным».
Современная Махачкала
За последнее десятилетие город сильно изменился. Бюджет города стал увеличиваться ускоренными темпами. Например, поступление налоговых доходов в бюджет города увеличилось с 226 млн руб. в 1997 году и до 1100 млн руб. в 2005, а доходы города возросли за 10 последних лет почти в 15 раз.
Во всероссийском конкурсе «Самый благоустроенный город России» в 2001 году Махачкале присуждено 3-е, в 2002 году — 2-е, а в 2003 году — 1-ое. В 2012 году Махачкала заняла 3-е место в конкурсе «Самое благоустроенное городское (сельское) поселение России».
Также за последние годы в городе произведены масштабные работы по реконструкции исторической части города, въездных магистралей, инфраструктуры жизнеобеспечения. Реконструированы аллеи, бульвары и набережная города, центральная и университетская площади, разбит новый парк Ак-Гёль с детским городком аттракционов. В 2002 году построен и введён в строй путепровод длиной 514 метров.
За последние четыре года объём промышленной продукции увеличился более чем в 5 раз.
Сегодня Махачкала — это крупнейший город российского Северного Кавказа и одноимённого федерального округа, культурный, экономический и научный центр Юга России.
Промышленные предприятия города специализируются на выпуске оборонной, лесной, металлоперерабатывающей, электронной, рыбоперерабатывающей и другой продукции.
Здесь размещаются Дагестанский научный центр РАН, около 20 отраслевых научно-исследовательских институтов.
В Махачкале насчитывается 62 общеобразовательные школы. Из них 11 преобразованы в гимназии, лицеи и колледжи. Функционируют 6 государственных высших учебных заведений, в том числе Дагестанский государственный университет, Дагестанский государственный университет народного хозяйства, филиалы государственных вузов, негосударственные вузы и филиалы, 29 средних специализированных учебных заведений.
В городе действуют 4 кинотеатра с современным кинооборудованием. Работают 3 республиканские библиотеки: национальная на 1,5 млн томов, юношеская им. А. С. Пушкина и детская, а также городская с 15 филиалами. Функционируют более 20 телерадиопрограмм, 7 информационных агентств, издаются 30 журналов, 14 республиканских и 12 городских газет.