La faible largeur du fleuve entre les villes de Québec et de Lévis, sur la rive opposée, aurait donné le nom à la ville, Kebec étant un mot algonquin signifiant « là où le fleuve se rétrécit ». Une autre théorie, bien que moins répandue que la précédente, est aussi avancée pour expliquer l'origine du nom de la ville. Ainsi, Samuel de Champlain aurait pu prendre l'invitation des Amérindiens à descendre (Kepec) pour la désignation de leur région. Une telle confusion ne serait pas unique puisque le nom du pays, Canada, serait issu de ce même genre d'incompréhension linguistique.
Deux autres noms ont été considérés, au cours des années, pour nommer la ville. Champlain lui-même envisagea, quelques années après la fondation, le nom de Ludovica, pour nommer la nouvelle cité en l'honneur du roi Louis XIII, souverain français à cette époque. Aussi, lors de la création de la confédération canadienne en 1867, on considéra de revenir au nom amérindien, sous la forme de Stadacona, afin d'éviter toute ambiguïté avec le nom de la nouvelle province
La ville de Québec a officiellement été fondée par Samuel de Champlain le 3 juillet 1608, sous l'aile de Pierre Dugua de Mons, sur un site situé à proximité d'un ancien village iroquoien autrefois appelé Stadaconé dont le chef était Donnacona. Il s'agit du berceau de la francophonie en Amérique du Nord. À l'aube du XVIIe siècle, le site actuel de la ville de Québec n'était alors plus visité que par quelques nomades algonquins. Puisque c'est là où le fleuve rétrécit, le lieu semblait propice à l'établissement d'une colonie permanente.
À la fin du Régime français, le territoire de l'actuelle ville de Québec est contrasté. Bois, villages, champs en culture et pâturages entourent la ville de 8 000 habitants.
Celle-ci se démarque par son architecture monumentale, ses fortifications, ses rues boueuses et insalubres, ses riches maisons de maçonnerie et ses bicoques des faubourgs Saint-Jean et Saint-Roch. Malgré son urbanité et son statut de capitale, Québec reste une petite ville coloniale étroitement liée à l'arrière-pays. Les habitants viennent s'y procurer des marchandises de France et vendre leurs surplus agricoles et du bois de chauffage aux deux marchés de la ville. En 1759, le siège de Québec, puis la bataille des Plaines d'Abraham livrèrent la capitale de la Nouvelle-France aux troupes britanniques et furent un événement majeur de la guerre de Sept Ans. La ville en ressort dévastée
Régime britannique
En avril 1760, le maréchal de Lévis remporte la bataille de Sainte-Foy. Cependant, l'arrivée de renforts britanniques oblige l'armée française à se replier vers Ville-Marie, qui capitule à son tour, en septembre 1760. Trois ans plus tard, la plupart des possessions françaises d'Amérique du Nord sont cédées à la Grande-Bretagne. L'ancienne capitale de la Nouvelle-France devient celle de la « Province of Quebec ».
En 1775, pendant la Guerre d'indépendance des États-Unis d'Amérique, la garnison britannique de la ville de Québec est attaquée sans succès par les troupes américaines de Benedict Arnold lors de la Bataille de Québec (1775). Le général américain Richard Montgomery y trouvera la mort. Quant au major general britannique Isaac Brock, il fortifiera la ville en renforçant ses murs et en élevant une batterie d'artillerie juste avant la guerre de 1812.
Tout au long des XIXe et XXe siècles, la ville de Québec fut la principale destination d'un nombre croissant d'immigrants, qui quittèrent annuellement les îles Britanniques pour venir s'établir en Amérique du Nord, en raison de sa situation sur le fleuve Saint-Laurent, principale voie navigable en Amérique du Nord. Ainsi, vers les années 1830, la ville de Québec accueillit une moyenne annuelle de 30 000 nouveaux immigrants, dont les deux tiers furent des Irlandais.
Québec a été la capitale du Canada de 1859 à 1865, l'avant-dernière ville à l'être avant son transfert définitif vers Ottawa. La « Conférence de Québec » de 1864 sur la Fédération canadienne y a été tenue.
En 1917, la construction du pont de Québec, reliant Québec sur la rive nord du fleuve Saint-Laurent à Lévis sur la rive sud, est achevée. Il est, depuis ce jour, le plus long pont à structure cantilever au monde. Pendant sa construction, deux effondrements de la partie centrale du pont coûteront la vie à plus de 80 ouvriers.
Lors de la Seconde Guerre mondiale, deux conférences inter-alliées furent tenues à Québec. La première rassembla en 1943 Franklin Delano Roosevelt, président des États-Unis; Winston Churchill, premier ministre britannique; William Lyon Mackenzie King, premier ministre du Canada et T.V. Soong, ministre des affaires étrangères de la Chine. La seconde fut tenue en 1944 et Churchill ainsi que Roosevelt y participèrent. Elles furent tenues à la citadelle de Québec et au Château Frontenac.
L'arrondissement historique de Québec, le Vieux-Québec, est classé patrimoine mondial par l’UNESCO en 1985. Québec demeure la seule ville en Amérique du Nord à avoir conservé ses remparts qui regroupent de nombreux bastions, portes et ouvrages défensifs ceinturant toujours le Vieux-Québec. La Haute-Ville, située au sommet de la falaise, centre social et administratif, avec ses églises, ses couvents et autres monuments comme la redoute Dauphine, la citadelle et le Château Frontenac, et la Basse-Ville, avec ses quartiers anciens, forment un ensemble urbain qui est un des meilleurs exemples de ville coloniale fortifiée.
En avril 2001, Québec fut l'hôte du Sommet des Amériques pour discuter de l'accord de libre-échange des Amériques (ZLEA). La conférence fut marquée par des affrontements importants entre les forces policières et des groupes altermondialistes ainsi que par la décision de murer une partie de la ville autour des lieux de la conférence pour des raisons de sécurité.