一座城市的區域變遷，受政治、經濟等多種因素影響，作為13朝古都的西安更是如此。作為都城時，其管轄區域往往比較大，尤其是在秦代、漢代、隋代、唐代時期；後來隨著中國政治中心和經濟中心的東遷和南移，其管轄區域隨之縮小；到了元、明、清時期，西安作為西部重鎮，其管轄範圍又逐步擴大；中華人民共和國成立以後，西安的行政區劃同樣幾經變遷。
一、秦代
秦始皇帝二十六年（公元前221年）統一全國，實行郡縣兩級行政建制，設內史轄京畿各縣。內史政區與官職同名，為郡級建制，治所駐咸陽(今咸陽市東二十里)，轄境相當於今關中和商洛地區（約7.5萬平方公里），北至旬邑、銅川，南至柞水、寧陝，東至河南靈寶，西至甘肅隴西，東西八百里，南北四百里。秦內史轄42縣，在今西安市境內8縣，分別是高陵（縣治在今高陵區城西千春村附近，轄區約今高陵區東部）、杜縣（縣治在今雁塔區杜城村，轄區約今長安區和柞水縣西北部、寧陝縣東北部及西安市區南部）、藍田（縣治在今藍田縣城西15公里，轄區約今藍田縣地域）、櫟陽（縣治在今閻良區武屯鄉古城村南，轄區約今閻良區和臨潼區渭河以北地區）、麗邑（縣治在今臨潼區新豐鎮南，轄區約今臨潼區渭河以南東部）、芷陽（縣治在今臨潼區韓峪鄉油王村附近，轄區約今西安市區東部及臨潼區西南部）、弋陽（縣治在今漢陽陵故城遺址處，轄區約今高陵區西部和咸陽市區東北部）、鄠縣（縣治在今鄠邑區城北西韓村附近，轄區約今鄠邑區地域）。
二、西漢時期
漢承秦制，在京畿地區設置內史，治所在長安城內。漢景帝二年（公元前155年），分內史為左、右內史，轄境相當於今天關中平原全境（約5萬平方公里）。漢武帝太初元年（公元前104年），改左、右內史為京兆尹、左馮翊、右扶風，均為郡級建制，同治長安城中，合稱「三輔」，直屬朝廷。征和四年（公元前89年），置司隸校尉部，三輔屬之。
京兆尹（「京」字即大的意思，「兆」字即眾的意思，首都大眾所聚，人煙稠密，故稱「京兆」。「尹」為古官職名，意為「治」，在此既為官職名，又為行政區劃名）管轄長安城郊，治所駐長安城內，轄區約今西安市區以及東至河南靈寶的秦嶺以北、渭水以南地區（約1萬平方公里）。下轄12縣，在今西安市境內有長安［縣治在長安城橫門內（今未央區六村堡北部），轄區約今西安城區、長安區西北部和未央區西部、雁塔區北部］、新豐（縣治在今臨潼區新豐鎮西南，轄區約今臨潼區渭河以南東部）、霸陵（縣治在今灞橋區灞橋鎮以北，轄區約今西安市區東部及臨潼區西南部）、南陵（縣治在今灞橋區狄寨大康村附近，轄區約今白鹿原荊峪溝以北地區）、杜陵（縣治在今雁塔區三兆村西北，轄區約今長安區和柞水縣西北部、寧陝縣東北部及西安市區南部）、奉明（縣治在漢長安城東今張家堡一帶，轄區約今未央區東部）、藍田（治所、轄區同秦）7縣。
左馮翊（「馮」字音「憑」，即輔助、屏障的意思，「翊」即輔佐、保衛的意思），其地在京師長安之左（東），取屏障輔衛京師之意，治所設在長安城內，轄境約相當於今陝西渭河以北、涇河以東的洛河中下游地區（約2萬平方公里），下轄24縣。在今西安市境內有高陵（治所、轄區同秦）、櫟陽（治所、轄區同秦）、萬年（縣治與櫟陽縣同城共治，轄區約今閻良區西部和臨潼區西北部）、陽陵（秦時的弋陽）4縣。
右扶風，治所也設在長安城內，轄區相當於今陝西秦嶺以北、涇河以西、西安以西的關中西部地區（約2萬平方公里），下轄21縣，因其地在京師長安之右（西），又是西周禮儀文明的發源地，取「扶助京師，以行風化」之意。在今西安市境內有盩厔（縣治在今周至縣終南鎮一帶，轄區約今周至縣中東部和鄠邑區西北部）、鄠縣（治所、轄區同秦）。
後世政區雖時有變更，但直至唐代仍習稱今陝西關中為三輔。王莽新朝天鳳元年（公元14年）分三輔為師尉、翊尉、光尉、京尉、扶尉、列尉六尉郡，取代原來的京兆尹、左馮翊、右扶風。
三、東漢魏晉南北朝時期
東漢遷都洛陽，以長安為西都，復設京兆尹、左馮翊、右扶風，仍稱「三輔」，與洛陽一樣直屬中央政府，歸掌管糾察京師百官和所屬郡縣的司隸校尉部管轄，轄境相當於今關中和商洛地區（約7.5萬平方公里）。東漢京兆尹轄10縣和1個侯國，轄區約今西安市區及以東、渭河以南和商洛地區，在今西安市境內有長安、霸陵、杜陵、藍田、新豐、陽陵6縣，左馮翊的高陵、萬年縣，右扶風的鄠縣，亦在今西安市境。
三國魏黃初元年（公元220年）改京兆尹為京兆郡，轄區約今西安市（不含周至、鄠邑）和渭南市渭河以南（今臨渭區大部）、華縣（今華州區）及商洛地區大部（約3萬平方公里），駐長安，隸於雍州。
西晉仍置京兆郡，隸於雍州，轄區較三國魏時縮小，約今西安市（不含周至、鄠邑）、渭南市渭河以南（今臨渭區大部）及華縣（今華州區）地區（約1萬平方公里）。
十六國時期，前趙建都長安，仍置京兆郡，隸於雍州，轄區同西晉。後趙沿前制。前秦建都長安，改京兆郡為京兆尹，隸於司隸校尉，轄區同後趙。後秦建都長安，仍置京兆尹，隸於司隸校尉，轄區同前秦。
北朝時期，北魏神麋四年（公元431年）復置雍州，改京兆尹為京兆郡，治所移駐霸城，轄區縮小為今西安市除渭河以北和周至縣地以外的地區（約0.8萬平方公里）。西魏建都長安，仍置京兆郡，治所遷回長安，仍隸雍州，轄區同北魏。北周建都長安，仍置雍州京兆郡，明帝二年（公元558年）改郡守為尹，轄區較西魏增加今渭南市渭河以南地區（約1萬平方公里）。