A legjelentősebb régészeti kutatások a 12. kerületben történtek, ahol 1991-ben rengeteg lelet került elő, köztük a legkorábbi állandó emberi létre utalók is. A Bercy környékén végzett ásatások során egy i. e. 4200-ból fennmaradt vadászfalu nyomait tárták fel nagy mennyiségű sírmelléklettel (köztük fa pirog, agyagedények, íjak, nyilak és más, kőből és csontból készült használati tárgyak).

Az őskori település és a galloromán kor között Párizs története teljesen homályba merült. Mindössze annyi ismeretes, hogy a parisii törzs, a kelta szenonok egy ága uralta a területet, amikor Julius Caesar seregei elfoglalták az országot. A legelfogadottabb nézet i. e. 250 és i. e. 200 körülre teszi a város alapítását, de pontos időpont nem ismert. A város elhelyezkedésével kapcsolatban is csak találgatni lehet. Korábban a Cité szigetére gondolták a gall település helyét, ám ott minden lelet elpusztult a metró építése folyamán. Más feltételezések szerint a Szent Lajos-szigeten lehetett a város, de akár azzal szemben – a mai bal parton – is elterülhetett. A legújabb, sokszor vitatott hipotézis a Valérien-hegyre teszi az ókori települést.

I. e. 52-től, miután Labienus gall helytartó elfoglalta a várost, az a Lutetia (gallosítva Lutèce) nevet kapta, a főváros szerepe pedig egyértelműen Lugdunumra (a mai Lyon) hárult. Az i. e. 1. századi római város a Szajna bal partján, pontosabban a mai Saint-Germaine körút, a Val-de-Grâce és a Rue Descartes által határolt területen a Luxemburg-kertig terült el. Központja a mai Rue Saint-Jacques mellett feküdt. A város egy római kori vidéki város létesítményeivel volt ellátva, színházzal, palotákkal, fürdőkkel, fórummal és amfiteátrummal rendelkezett. A várostól délre találták meg a temető nyomait.

Párizs a 4. században vette fel mai nevét a valaha itt élő parisii törzsről. 508-ban Klodvig a rómaiak felett aratott győzelme után ide helyezte birodalma központját. A 6. századtól egy kultikus hely is ismert a városban a mai Saint-Gervais templom helyén. A 8. században a vikingek támadása ellen erődrendszert építettek a Cité-sziget körül, amelyet a 9. században a Szajna jobb partjára is kibővítettek, megvédendő a Saint-Gervais és a Saint-Germain-l'Auxerroi templomokat. A bal parti városrészeket 885-ben a normannok elpusztították. Kapet Hugo 987-es trónra kerülésekor, a Kapeting-dinasztia uralmának kezdetén, Párizs Orléans mellett a Nyugati Frank Birodalom legjelentősebb városa volt.

A település a 11. században kezdett terjeszkedni a jobb parton, majd a 12 és 13. században gyors ütemű fejlődésnek indult, mivel fokozatosan királyi székhely lett; 1108-ban VI. Lajos király, majd I. Fülöp Ágost költözött a városba. Az ő uralkodása alatt épült fel Párizs sok jelentős létesítménye, mint az első Louvre, amely akkor még erődítmény volt, több templom, köztük a Notre-Dame székesegyház. A bal parti iskolákból létrejött a Sorbonne, a legkorábbi egyetem, amely korai növendékei közt tartják számon Albertus Magnust és Aquinói Szent Tamást. A középkorban a fekete halál időszakát kivéve Párizs egy kereskedelmi, kulturális és tudományos központ szerepét töltötte be. XIV. Lajos 1682-ben a mozgalmas városból Versaillesba helyezte át a királyi székhelyt, majd átalakíttatta a Louvre-t.

XV. Lajos alatt épült ki a Place de la Concorde, a Katonai Iskola a Les Invalideson, a Pénzügyi és az Igazságügyi Palota. XVI. Lajos három új városépítési rendelkezést tett; szabályozta az utak szélességét 9,75 méterben, 1784-ben új városfalat építtetett Fermiers Généraux néven, illetve leromboltatta a Szajna hídjain épült valamennyi lakóházat.

1789. július 14-én a Bastille lerombolása és az asztalosok Saint-Antoine külvárosi felkelése volt a Nagy Francia Forradalom kitörési mozzanata. 1793 és 1794 között a radikális párizsi kommün irányította Franciaországot. Ebben az időszakban váltak a kivégzések mindennapossá a francia fővárosban.

I. Napóleon elképzelése az volt, hogy Párizsnak kell a legszebb városnak lenni. Uralkodása idején a település radikális változásokon esett át, új utak, hidak, rakpartok, teljes városrészek, vágóhidak, templomok, főútvonalak épültek, elkészült az Diadalív, mai helyére került az Obeliszk, sőt új vízhálózat is létrejött a városban, miután új csatornák, víztározók és közkutak létesültek Párizsszerte. A Bourbon-restauráció idején épült ki a Saint-Germaine arisztokrata negyed.

1860-ban a város utoljára növelte jelentősen a területét, amikor is Auteuilt, Passyt, Les Batignollest, Montmartret, La Chapellet, La Villettet, Bellevillet, Charonnet, Bercyt, Vaugirardt és Grenellet hozzácsatolták, és így a városnak húsz kerülete lett. 1870-ben, a porosz–francia háborút lezáró békét Párizsban kötötték meg, és kikiáltották a második köztársaságot.

1871. március 22-én Párizs munkássága felkelt a poroszbarát vezetés ellen, kikiáltották a Párizsi Kommünt, mely 91 napon át védte hősiesen Párizst a poroszok ellen. A kormány és a kommün katonáinak küzdelmei során 20 000 párizsi hunyt el. A kommün alatt Párizs színe-java elpusztult a harcok hevében; a Rue de Rivoli házait fölgyújtották, a Városháza porig égett.

A későbbiekben Párizs több világkiállítás székhelye is volt. Ezekre épült 1889-ben az Eiffel-torony, 1900-ben pedig a párizsi metró, mikor a metropolisz a nyári olimpia színhelye volt. Mindezek mellett 1910-ben óriási árvíz pusztított végig a városban.

Az I. világháborút lezáró békét több Párizs környéki helyen kötötték meg. A második világháborúban, 1940 és 1944 között Párizs német megszállás alatt volt, míg a szövetséges csapatok érkezésének hírére 1944. augusztus 19-én lázadás nem kezdődött a városban. Dietrich von Choltitz generális, a párizsi helyőrség parancsnoka, 1944. augusztus 25-én kapitulált megtagadva a város teljes lerombolásáról szóló, Adolf Hitlertől kapott parancsot.

A háború után Párizs rohamosan fejlődött; a La Défense-hez hasonló hatalmas üzleti negyedek épültek. Felépült a Parc de la Villette, a Center Pompidou és a 209 méter magas Montparnasse-torony. Jelentősen kibővítették a metrót, megépítették a RER hálózatot. Az 1970-es években a belső területekről az ipari létesítményeket a külvárosokba költöztették. 1968 májusában a párizsi fiatalok lázadozni kezdtek a Latin-negyed területén az egyre növekvő társadalmi különbségek miatt. 1976-ban a francia állam kisebb fokú függetlenséget engedett Párizsnak, ahol az első polgármester Jacques Chirac lett. Helyére 1995-ben Jean Tiberi került. Őt 2001-ben Bertrand Delanoë követte, aki radikálisabb politikájával a tömegközlekedést támogatva felvette a harcot a városi autósok ellen; számos busz- és bicikliútvonalat hozatott létre, megépíttette az első villamosvonalakat. 2005-ben és 2007-ben a város külvárosaiban lázadások törtek ki.