Первые поселения на территории нынешнего Гамбурга возникли во время периода Великого переселения народов. После проведения археологических расследований было установлено, что старейшие из них возникли в IV веке. Это были племена северо-альбингских саксов, расселившиеся в месте впадения Альстера в Эльбу. Именно на этом месте в VII веке одно из поселений дало начало возникновения городу Гамбургу, Карлом Великим в 808 году здесь была воздвигнута крепость Хаммабург.
В 966 году Оттон I Великий император Священной Римской империи передал светскую власть над городом своему родственнику Герману Биллунгу герцогу Саксонии.
Благодаря выгодному расположению на Эльбе как важной транспортной артерии недалеко от Северного моря в 11–12 веках Гамбург значительно вырос и стал важным пунктом торговли Германии с севером Европы. При Адольфе III (1164–1203) в районе Нового замка возник новый город для торговцев, находившихся под графской защитой.
Стремительное развитие торговли на севере Европы в 12 веке позволило выделить реку Эльбу как одну из важнейших транспортных артерий. 7 мая 1189 года император Священной Римской империи Фридрих I Барбаросса в благодарность за его поддержку в Крестовом походе в Святую землю присвоил Гамбургу статус имперского города и предоставил целый ряд льгот, в частности, гамбуржцы не должны были больше платить никаких пошлин на Эльбе вплоть до Северного моря.7 мая 1189 до сих пор является днем рождения гамбургского порта.
В 1201 году Гамбург захватил герцог Шлезвига (с 1202 года – король Дании) Вольдемар II. Датский губернатор объединил старую и новую части города. Гамбург был освобождён и вернулся под власть Шауэнбургов лишь после поражения Дании 22 июля 1227 года.
В 1270 году Совет города принял «Книгу приговора» – первый в Германии гражданский, уголовный и процессуальный закон для города на немецком языке. В 1292 году Совет Гамбурга получил право издавать городские законы. После выступления горожан против Совета 10 августа 1410 года была принята первая конституция Гамбурга. Она предоставила гражданам права в принятии решений и узаконила общее собрание граждан, заседавших перед ратушей. Из этого собрания развился городской парламент, членами которого могли быть только владельцы недвижимого имущества в городе.
В 1241 году Гамбург заключил два важных договора с Любеком и вместе с ним стал одним из основателей торгово-политического Ганзейского союза немецких городов. В 13–14 веках Гамбург был одним из наиболее влиятельных после Любека членов Ганзы, важнейшим немецким портом на Северном море и перевалочным пунктом при перевозке зерна, пива, сельди, пряностей, тканей, мехов, леса и металлов.
В 1350 году во время эпидемии чумы в Гамбурге умерло более чем 6 тысяч человек – почти половина населения того периода. Тем не менее, уже в начале 15 века его население достигло 14 тысяч человек, и он стал третьим по величине городом в Ганзейском союзе после Любека и Кёльна.
Беспошлинная торговля привлекала в город богатых купцов, Гамбург увеличивал свою территорию покупкой ближайших окрестностей, содержал свой военный флот и уже в 15 веке предпринимал походы против морских пиратов Северного и Балтийского морей, грабивших гамбургских купцов. Одновременно Гамбургу приходилось бороться с пиратами крестьянско-пиратской республики в Дитмаршене на западе Гольштейна, грабивших его корабли в устье Эльбы.
В период Реформации 15 мая 1529 году город официально принял лютеранство. Одновременно была реорганизована политическая система Гамбурга. Теперь Совет из 24 членов муниципалитета осуществлял исполнительную и судебную власть. Но без одобрения совета граждан не могли быть приняты никакие законы. Одновременно католики потеряли гражданство Гамбурга и должны были оставить город.
После открытия Америки и появления новых морских путей в Азию, значение Гамбурга возросло еще более. Начиная с 1550г. он становится одним из важнейших портов для ввоза товаров в страны Европы. Развитие судоходства и мировой торговли во второй половине 19 века привело к необходимости дальнейшего расширения складского и портового хозяйства города. Началось строительство складов Шпайхерштадт (1881-1888гг.).
В 1888 оду Гамбург стал свободным портом, что превратило его в крупнейший мировой склад кофе, какао, пряностей и ковров. Открытие в 1895г. Североморско-Балтийского канала еще больше повысило привлекательность Гамбургского порта, поскольку канал обеспечивает прямую связь с Балтийским морем.
Вплоть до середины 19 века Гамбург оставался в пределах своих средневековых границ. Начиная с 1860 годя в связи с бурным развитием промышленности, в состав города постепенно включили близлежащие населенные пункты.
В начале 19 века в ноября 1806 года город был занят войсками французского императора Наполеона I, который принудил его присоединиться к Континентальной блокаде Англии. С 1810 года Гамбург находился в составе Франции и был столицей департамента Устье Эльбы (Bouches de l’Elbe). После длительной осады русскими, шведскими и немецкими войсками в конце мая 1814 года Даву покинул город вместе с 25 тысячами солдат, после чего в Гамбург вступили русские войска генерала Леонтия Беннигсена.
В 1815 году Гамбург в качестве «вольного города» вошёл в образованный на Венском конгрессе 1815 года Германский союз. С конца 1819 года он стал называться «Свободный ганзейский город Гамбург».
После бедствий войны и оккупации благосостояние Гамбурга продолжалось до 1842 года, когда майский Великий пожар уничтожил значительную часть города и 20 тысяч человек оставил без крова. Восстановление города заняло затем более 40 лет.
После беспорядков Мартовской революции 1848 года в Гамбурге демократами была выработана новая конституция, которая провозглашала новую систему выборов, демократические свободы, разделение властей, городской Совет стал называться Сенатом.
В 1867 году Гамбург вступил в созданный под эгидой Пруссии Северогерманский союз, а в 1871 году он стал членом образованной Германской империи. В связи с бурным экономическим развитием города и нехваткой площадей под конторы, фабрики и склады в том же году Гамбургский парламент присоединил к городу 15 пригородов и деревень.
После объединения Германии Гамбург стал «морским воротами» Германии, через его порт тогда проходила половина германского экспорта и импорта. Одновременно Гамбург был центром переселенческого движения из Германии и Восточной Европы в страны Нового Света и Африку.
Собственный флот Гамбурга в 1890 году насчитывал 587 судов (в том числе паровых – 312). Одновременно Гамбург стал одним из крупнейших промышленных центров Германии. Помимо традиционного судостроения в Гамбурге успешно развивались металлургия, металлообработка, машиностроение, пищевая и химическая промышленность, производство мебели.
В 1881 году город получил первую телефонную сеть, а через год – электрическое освещение. В 1911 году был введён в эксплуатацию гамбургский аэропорт. В то же время, водоснабжение города непосредственно из Эльбы привело к тому, что в 1892 году в Гамбурге вспыхнула эпидемия холеры, от которой умерло более 8 тысяч человек.
Во время Ноябрьской революции 1918 года власть в городе на 4 месяца захватил Совет рабочих и солдатских депутатов. Новый парламент Гамбурга был избран на демократических выборах 16 марта 1919 года. В том же году как суверенное государство Гамбург вошёл в состав Веймарской республики.
23–25 октября 1923 года в Гамбурге произошло коммунистическое вооружённое восстание, подавленное после трех дней боёв правительственными войсками.
После прихода в 1933 году к власти нацистов Гамбург потерял права и привилегии вольного города и стал управляться назначенным из Берлина имперским наместником. 1 апреля 1937 года был принят Закон о Большом Гамбурге (Groß-Hamburg-Gesetz), значительно увеличивший территорию города за счёт округи и соседних городов, население Гамбурга увеличилось на миллион, достигнув 1,7 миллиона человек.
Во время войны город тяжело пострадал от бомбардировок англо-американской авиации. Только во время операции «Гоморра» 25 июля – 3 августа 1943 года в городе погибло около 50 тысяч человек. До конца войны на город было совершено 213 авиационных налётов, из 564 тысяч квартир уцелело только 20%. Также значительным разрушениям подверглись портовые сооружения. 3 мая 1945 года британские войска без боя заняли Гамбург.
После войны с 1945 до 1949 года Гамбург входил в Британскую зону оккупации Германии и при этом оставался самостоятельной землёй. 13 октября 1946 года прошли первые свободные выборы после войны. В 1949 году Гамбург стал федеральной землей образованной Федеративной Республики Германия. В 1952 году парламент земли принял действующую до настоящего дня конституцию Гамбурга.