Walaupun bukti arkeologi menentukan penempatan manusia terawal di kepulauan Jepun wujud kira-kira 10,000 tahun SM, namun tidak banyak yang diketahui mengenai kegiatan manusia di sini sebelum abad ke-6 M. Pada abad ke-8, apabila para pendeta agama Buddha yang berpengaruh melibatkan diri dalam hal-ehwal kerajaan Diraja, maka Maharaja memutuskan agar ibu kota dipindahkan ke kawasan yang jauh dari pengaruh agama Buddha. Maharaja Kammu memilih Kampung Uda, ketika itu di daerah Kadono, Wilayah Yamashiro, sebagai tempatnya.[1]

Kota baru yang dinamakan Heian-kyō (平安京, "tranquility and peace capital") menjadi tempat terletaknya istana diraja Jepun pada tahun 794, maka bermulanya zaman Heian dalam sejarah Jepun. Dalam bahasa Jepun, kota ini dinamakan Kyo (京), Miyako (都) atau Kyo no Miyako (京の都). Pada abad ke-11, kota ini dinamakan semula sebagai Kyoto ("ibu kota").[2] Kyoto kekal sebagai ibu negara Jepun sehingga kerajaan berpindah ke Edo pada tahun 1868 ketika zaman Pemulihan Diraja. Setelah Edo dinamakan semula Tokyo ("Ibu Kota Timur"), Kyoto pula dikenali dengan jolokan Saikyo (西京, "Ibu Kota Barat") untuk masa yang singkat. Kyoto pada zaman pramoden juga dikenali dengan nama Keishi (京師), yang bererti "metropolis" atau "ibu negara".

Kota ini mengalami kemusnahan dahsyat semasa Perang Ōnin (1467-1477), sehingga tidak dapat bangkit sehingga pertengahan abad ke-16. Pertempuran sesama puak-puak samurai melimpah ke jalanan, sehingga melibatkan bangsawan istana (kuge) dan golongan-golongan keagamaan. Rumah agam bangsawan dijadikan kubu, parti digali dalam-dalam di seluruh kota untuk pertahanan dan penghalang api, dan puluhan bangunan dibakar sampai ranap. Semenjak itu, kota ini tidak lagi mengalami kebinasaan meluas sebegini.

Menjelang penghujung Perang Dunia Kedua, pihak Amerika Syarikat pernah mempertimbangkan agar Kyoto juga dibedil bom atom kerana para penduduk Kyoto selaku pusat intelek Jepun dikatakan lebih mampu menghargai kepentingan senjata tersebut.[3] Akhirnya, kota ini dipadam dari senarai sasarannya atas desakan Henry L. Stimson, Setiausaha Perang untuk pentadbiran Roosevelt dan Truman. Kyoto juga terlepas dari bedilan biasa, namun pengalami serangan udara kecilan yang meragut nyawa penduduk.

Natijahnya, Kyoto menjadi salah sebuah daripada sebilangan kecil bandaraya Jepun yang masih mengekalkan banyak binaan zaman praperang, seperti rumah bandar tradisional yang dikenali sebgai machiya. Namun begitu, pemodenan terus merobohkan Kyoto lama secara beransur-ansur untuk memberi laluan kepada seni bina baru seperti kompleks Stesen Kyoto.

Kyoto menjadi sebuah bandaraya terancang pada 1 September 1956. Pada tahun 1997, Kyoto menjadi tuan rumah kepada persidangan antarabangsa yang melahirkan protokol pengeluaran gas rumah kaca yang dinamakan sempena bandaraya ini.