Thành phố Vinh thuộc vùng Kẻ Vang hoặc tên gọi khác là Kẻ Vịnh ngày xưa. Sau đó, lần lượt đổi thành Kẻ Vinh, Vinh Giang, Vinh Doanh, Vinh Thi. Cuối cùng, tên chính thức của thành phố được rút gọn lại thành một tiếng là Vinh và tồn tại mãi cho đến tận bây giờ. Chữ Vinh là gọi chệch từ chữ Vịnh.

Cách đây hàng ngàn năm, người Việt cổ đã sinh sống trên vùng đất này khá đông đúc. Việc tìm thấy hai trống đồng thuộc thời đại Hùng Vương (cách đây 4.000 năm) dưới chân núi Quyết mà hiện nay đang lưu giữ tại Bảo tàng tổng hợp Nghệ An đã chứng minh điều đó.

Vinh Doanh là tên trấn thời nhà Lê, có thôn Vĩnh Yên và thôn Yên Vinh, nay là địa bàn thành phố Vinh. Thôn này sau là làng Vĩnh Yên, thuộc xã Yên Trường, tổng Yên Trường, huyện Chân Phúc, phủ Đức Quang, trấn Nghệ An. Đến thời nhà Nguyễn, thuộc huyện Nghi Lộc. Nơi đây có chợ Vĩnh và làng Yên Vinh, còn gọi là làng Vang, là nơi có Tòa Công sứ Pháp được xây dựng năm 1897 ở ngoài thành Nghệ An, phía tây thành, cạnh sông Vĩnh Giang và chợ Vĩnh. Theo Đinh Xuân Vịnh, trong Sổ tay địa danh Việt Nam, thì vì Tòa Công sứ Pháp đóng ở thôn Yên Vinh, nên về sau tên gọi Vinh dần dần thay thế cho tên gọi cũ là Vĩnh (tiếng địa phương gọi là Vịnh).

Là vùng đất có núi bao bọc lại nằm cạnh biển Đông, Vinh có một vị trí đặc biệt. Các Vua Đinh, Lê, Lý, Trần đều chú ý đến Vinh và đã cử các tướng tài vào đây trấn giữ. Nhưng đến thế kỷ XV dưới thời Lê Lợi và Nguyễn Trãi thì vùng Vinh mới thực sự được quan tâm đặc biệt.

Thế kỷ XVII thời kỳ Trịnh – Nguyễn phân tranh, Ninh Quận Công Trịnh Toàn nhiều năm đã đóng đại bản doanh ở Núi Quyết. Huy động nhân dân và binh lính xây thành ông Ninh, đào kênh nối sông Cồn Mộc (tức sông Vinh) với sông Lam.

Ngày 1 tháng 10 năm 1788, Hoàng đế Quang Trung đã quyết định cho xây dựng đế đô tại vùng đất Yên Trường, nay thuộc phường Trung Đô - thành phố Vinh - Nghệ An và đặt tên là thành Phượng Hoàng Trung Đô. Và bằng việc xây dựng đơn vị hành chính: Phượng Hoàng - Trung Đô đã khẳng định vị thế của đất Yên Trường trong sự cân đối hài hòa với Đông Đô ở miền Bắc, Tây Đô ở miền Nam và trong chiến lược lâu dài của Hoàng đế Quang Trung là sẽ xây dựng Yên Trường thành kinh đô của đất Việt. Dù rằng, chưa được xây dựng hoàn tất do sự nghiệp nhà Tây Sơn quá ngắn ngủi, nhưng Phượng Hoàng Trung Đô là một dấu son chói lọi trên chặng đường phát triển của đô thị Vinh.

Từ đời vua Gia Long đến các đời vua Tự Đức, Thành Thái, Duy Tân, Khải Định vùng đất Yên Trường tiếp tục được coi trọng xây dựng. Dấu tích các cổng thành cổ Nghệ An đã là một minh chứng cho công cuộc xây dựng và phát triển vùng đất này.

Ngày 20 tháng 10 năm 1898, vua Thành Thái ra đạo dụ thành lập thị xã Vinh cùng với các thị xã Thanh Hóa, Huế, Fai-Fo (Hội An ngày nay), Quy Nhơn và Phan Thiết. Ngày 30 tháng 8 năm 1899, Toàn quyền Đông Dương chuẩn y đạo dụ này. Thị xã lúc đầu bao quanh thành Nghệ An, sau dần dần phát triển về phía Nam.

Ngày 10 tháng 12 năm 1927, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định hợp nhất thị xã Vinh, thị xã Bến Thủy (thành lập ngày 11 tháng 3 năm 1914) và thị xã Trường Thi (thành lập ngày 27 tháng 8 năm 1917) thành thành phố Vinh - Bến Thủy, do Công sứ Nghệ An kiêm chức đốc lý (tức thị trưởng).

Cuối những năm 20, đầu những năm 30 của thể kỷ trước, Vinh được biết đến như một đô thị với những nhà máy, xí nghiệp, bến cảng, hãng buôn, nhà băng... nổi tiếng của người Pháp, Hoa Kiều, Ấn Kiều... Vinh cũng là thành phố của thợ thuyền với hàng vạn công nhân. Đó cũng là cái nôi của phong trào yêu nước và cách mạng.

Khi Việt Nam độc lập năm 1945, Vinh trở thành thị xã tỉnh lị của tỉnh Nghệ An.

Ngày 28 tháng 12 năm 1961, Bộ Chính trị có Nghị quyết số 32 về việc thành lập thành phố Vinh.

Ngày 10 tháng 10 năm 1963, Hội đồng Chính phủ đã ra Quyết định số 148/CP thành lập thành phố Vinh, gồm 3 xã: Hưng Bình, Hưng Dũng, Hưng Thủy . Vinh lúc này được coi là một trong 5 thành phố công nghiệp lớn nhất miền Trung Việt Nam.

Trong những năm chiến tranh chống Mỹ, Vinh là một trong những thành phố miền Bắc bị không quân Mỹ ném bom tàn phá nặng nề nhất, toàn thành phố hầu như bị san phẳng. Tòa nhà Kareba Dreams (nay là khách sạn Vinh Downtown nằm ở đại lộ VI Lê Nin) bị máy bay B52 của không quân Mỹ phá tan tành.

Ngày 26 tháng 12 năm 1970, chuyển 4 xã: Hưng Hòa, Hưng Lộc, Hưng Đông, Hưng Vĩnh, một phần đất đai ở bờ bắc sông Cầu Đước thuộc xã Hưng Chính (thành lập 2 xã Vinh Hưng và Vinh Tân) thuộc huyện Hưng Nguyên và xã Nghi Phú thuộc huyện Nghi Lộc về thành phố Vinh quản lý.

Ngày 1 tháng 5 năm 1974, Phó Thủ tướng Đỗ Mười (sau trở thành Tổng Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam) đã đặt viên gạch đầu tiên xây dựng lại thành phố. Thành phố được xây dựng lại theo kiểu thiết kế đô thị của Đông Đức và Liên Xô như các đại lộ lớn, rộng và các dãy nhà chung cư. Qua hơn 30 năm xây dựng và phát triển, đặc biệt là 20 năm đổi mới vừa qua, Vinh đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Cơ sở hạ tầng được xây dựng vững chắc, hệ thống giao thông phát triển. Nhiều công trình kinh tế, kỹ thuật, văn hoá lớn được xây dựng, nhiều khu đô thị mới đã mọc lên. Kinh tế phát triển ổn định, thường xuyên giữ mức tăng trưởng cao. Đời sống vật chất, tinh thần của nhân dân không ngừng đợc cải thiện, nâng cao.

Từ năm 1975, Vinh là tỉnh lị tỉnh Nghệ Tĩnh, gồm 5 phường: Hồng Sơn, Lê Mao, Quang Trung I, Quang Trung II, Trung Đô và 10 xã: Hưng Bình, Hưng Đông, Hưng Dũng, Hưng Hòa, Hưng Lộc, Hưng Thủy, Hưng Vĩnh, Nghi Phú, Vinh Hưng, Vinh Tân.

Ngày 2 tháng 3 năm 1979, giải thể 3 xã Hưng Bình, Hưng Thủy, Vinh Hưng để thành lập 9 phường: Cửa Bắc, Tân Vinh, Hưng Bình, Lê Lợi, Cầu Cảng, Bến Thủy, Trường Thi, Đội Cung, Cửa Nam; hợp nhất 2 xã Hưng Vĩnh và Hưng Đông thành xã Đông Vĩnh; sáp nhập xóm Yên Giang của xã Vinh Hưng và xóm Vĩnh Mỹ của xã Hưng Vĩnh vào xã Vinh Tân theo điều chỉnh quy hoạch thành phố Vinh.

Ngày 18 tháng 8 năm 1982, hợp nhất phường Quang Trung I vào phường Quang Trung II thành phường Quang Trung; sáp nhập phường Tân Vinh vào phường Lê Mao; tách phường Hưng Bình thành 2 phường: Hưng Bình và Hà Huy Tập.

Từ năm 1991, trở lại là tỉnh lị tỉnh Nghệ An.

Ngày 28 tháng 6 năm 1994, chia xã Đông Vĩnh thành phường Đông Vĩnh và xã Hưng Đông.

Ngày 13 tháng 8 năm 1993, Thủ tướng Chính phủ ra quyết định công nhận thành phố Vinh là đô thị loại II.

Ngày 23 tháng 8 năm 1994, sáp nhập phường Cửa Bắc vào phường Cửa Nam; sáp nhập phường Cầu Cảng vào phường Bến Thủy; chuyển xã Hưng Dũng thành phường Hưng Dũng.

Ngày 23 tháng 3 năm 2005, thành lập phường Hưng Phúc trên cơ sở 58,17 ha diện tích tự nhiên và 7.932 nhân khẩu của phường Hưng Bình, 55,73 ha diện tích tự nhiên và 1.535 nhân khẩu của phường Hưng Dũng; thành lập phường Quán Bàu trên cơ sở 111,20 ha diện tích tự nhiên và 5.300 nhân khẩu của phường Lê Lợi, 120,20 ha diện tích tự nhiên và 3.370 nhân khẩu của xã Hưng Đông.

Ngày 17 tháng 4 năm 2008, thành phố Vinh được mở rộng thêm trên cơ sở sáp nhập 4 xã: Nghi Kim, Nghi Đức, Nghi Liên, Nghi Ân thuộc huyện Nghi Lộc và xã Hưng Chính; 174 ha diện tích tự nhiên và 3.043 nhân khẩu của xã Hưng Thịnh thuộc huyện Hưng Nguyên; chuyển xã Vinh Tân thành phường Vinh Tân.

Ngày 5 tháng 9 năm 2008, tại Quyết định số 1210/QĐ-TTg, Thủ tướng Chính phủ đã công nhận Vinh là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Nghệ An.