Teritoriul actualului oraș Suceava și împrejurimile sale au fost locuite, așa cum atestă cercetările arheologice, din timpuri străvechi, începând chiar din paleolitic. În secolele al II-lea și al III-lea exista aici o așezare a dacilor liberi, descoperirile arheologice relevând și puternice influențe romane.
În epoca migrației și în secolele următoare populația autohtonă a continuat să viețuiască pe aceste meleaguri, iar la sfârșitul secolului al XIV-lea, Suceava este menționată drept capitală a Moldovei.
Cetatea Sucevei (u gorodea Soceavea') este menționată pentru prima dată într-un document din 10 februarie 1388 al voievodului moldovean Petru al II-lea Mușat (1375-1391), în care este vorba de împrumutul (3.000 de ruble de argint frâncesc) cerut de regele Poloniei, care a oferit drept garanție de restituire a banilor provincia Pocuția. Documentul se încheie cu textul „... Și s-a scris cartea în Cetatea Sucevei, luni, în întâia săptămână a Postului sub pecetea noastră, în anul nașterii Domnului 1388”. Cetatea este menționată și în alte documente moldovenești din 1393 și 1395.
Începând cu domnia lui Petru al II-lea Mușat, Cetatea Sucevei devine principala cetate de scaun a Țării Moldovei, această funcție îndeplinind-o și în vremea lui Aron Vodă (1592-1595), Ștefan Răzvan (1595) și a Movileștilor. Odată cu Alexandru Lăpușneanu (1552-1561, 1564-1568), reședința domnească este mutată la Iași. Anul mutării reședinței este 1565.
Lângă oraș s-au aflat două cetăți: una mai veche la Șcheia, alta puțin mai nouă, care există și astăzi. Între cele două se dezvoltă, încă din prima parte a secolului al XIV-lea, orașul Suceava. Cetatea Șcheia, una dintre cele mai vechi cetăți din Moldova, dar cu o existență scurtă, a fost dărâmată în timpul lui domniei lui Alexandru cel Bun (1400-1432). Cetatea de Scaun a Sucevei, existentă și în prezent, a avut timp de trei secole un rol important în viața politică a Moldovei.
În Evul Mediu, orașul este populat cu români, dar și cu germani, maghiari și armeni, ultimii având dreptul de a-și alege un șoltuz propriu (ce purta numele de „voit”).
Din Suceava, Alexandru cel Bun conduce țara timp de 32 de ani, mărind cetatea și întărindu-i zidurile. În 1401, aici se stabilește și Mitropolia Moldovei. Rolul de catedrală mitropolitană este îndeplinit de Biserica Mirăuți (în perioada 1402-1522), iar ulterior de Biserica Sfântul Gheorghe din cadrul actualei Mănăstiri Sfântul Ioan cel Nou.
În 1408, Alexandru cel Bun acordă privilegii negustorilor lioveni, iar orașul Suceava este menționat ca unul dintre locurile de depozitare a postavului, precum și a unor mărfuri de export ale Moldovei.
Epoca de apogeu avea să fie însă în timpul lui domniei lui Ștefan cel Mare (1457-1504). În vara anului 1476, Mahomed al II-lea Cuceritorul își încearcă norocul sub zidurile cetății, dar rezistența moldovenilor îl silește să se retragă. Ștefan cel Mare făcuse din Suceava un fel de creier al sistemului său de apărare. În 1497, 21 de zile și nopți în șir, tunurile leșilor au bătut în ziduri, dar acestea au rămas neclintite. Niciodată cetatea n-a fost cucerită prin forța armelor.
La 21 mai 1600, oastea lui Mihai Viteazul intră fără luptă în cetate, iar la 26 mai, Ioan Capturi, noul pârcălab al Sucevei, jură credință marelui voievod care se intitulează „domn al Țării Românești și Ardealului și a toată Țara Moldovei.” După mutarea capitalei Moldovei la Iași în 1565, asupra orașului se așează vremuri grele, localitatea intrând tot mai mult în anonimat.
În 1775, ca urmare a atitudinii de neutralitate pe care a avut-o în timpul conflictului militar dintre Turcia și Rusia (1768-1774), Austria primește o parte din teritoriul Moldovei, în care se află și Suceava (granița cu România trecea chiar pe la sud-est de oraș).
Timp de un secol și jumătate acest teritoriu face parte din Imperiul Habsburgic (ulterior Austro-Ungaria), primind numele de Bucovina. Suceava este al doilea oraș ca mărime și ca importanță al Bucovinei, după capitala Cernăuți. De asemenea, în această perioadă, Suceava îndeplinește rolul de localitate de frontieră austro-ungară.
La sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, orașul cunoaște o perioadă de modernizare și dezvoltare, ce transformă vechiul târg medieval, intrat în anonimat după pierderea statutului de capitală a Moldovei, într-un oraș important și modern din cadrul Ducatului Bucovinei.
Perioada de înflorire urbană a Sucevei se produce în timpul mandatului lui Franz Des Loges (1846-1914), om politic austriac din Bucovina. El a îndeplinit funcția de primar al Sucevei timp de aproape un sfert de secol, între 1891 și 1914. În această perioadă sunt construite o serie de clădiri pentru instituțiile locale, care schimbă peisajul localității. O parte dintre aceste edificii există și în prezent, în ele funcționând: Prefectura și Consiliul Județean Suceava (Palatul Administrativ orășenesc, finalizat în 1903-1904 și în care inițial erau adăpostite administrația orașului, poliția, pompierii, o casă de economii și muzeul de istorie), Muzeul Bucovinei (inițial sediul Căpităniei Districtuale, datând din 1902-1903), Colegiul Național „Ștefan cel Mare” (Gimnaziul greco-oriental, construit între 1893-1895 pe locul vechii Piețe de lemne), Spitalul Vechi (Casa publică generală a bolnavilor din Suceava, construită în perioada 1891-1903), vechea Uzină de Apă a Sucevei.
În anul 1895, primarul Franz de Loges contractează un împrumut de 1,5 milioane de coroane pentru electrificarea orașului, construcția canalizării, a unui apeduct și îndiguirea râului Suceava. În anul 1908 este pusă în funcțiune Uzina electrică, construită de Societatea Unificată de Electricitate din Viena. Este introdus în oraș iluminatul public electric, instalându-se stâlpi metalici din zăbrele, cu lampadare. În 1912 este dată în folosință Uzina de apă, concomitent cu rețeaua publică de aducțiune, alimentare cu apă și canalizare pentru ape reziduale. De asemenea, sunt pavate pentru prima dată străzile orașului.
Franz Des Loges are un rol important și în plan cultural. El sprijină procesul de restaurare și punere în valoare a unor monumente istorice reprezentative,[15] coordonat de arhitectul austriac Karl Romstorfer. În cadrul acestui proiect, se realizează lucrări de consolidare a ruinelor Cetății de Scaun, se restaurează Mănăstirea Sfântul Ioan cel Nou și Biserica Mirăuți. În ianuarie 1900, se constituie Societatea „Muzeul orășenesc din Suceava” (în prezent Muzeul Bucovinei).
După izbucnirea Primului Război Mondial, foarte mulți bucovineni fug în Moldova și se înrolează în armata română. La data de 28 noiembrie 1918 are loc Unirea Bucovinei cu România. Astfel, Suceava trece sub administrație românească. În perioada interbelică, orașul este reședința județului Suceava (compus din trei plăși). În 1926, localitatea Burdujeni, ce avea administrație separată până atunci, devine parte componentă a orașului. Ulterior, același lucru se petrece și cu fostul sat Ițcani, transformat în cartier al Sucevei după al Doilea Război Mondial.
După instaurarea regimului comunist în România, orașul intră într-o perioadă de industrializare masivă. Transformările din perioada comunistă schimbă complet aspectul fostului târg bucovinean. Astfel, centrul localității este sistematizat, în locul multor dintre vechile clădiri, apărând blocuri de locuințe și construcții noi. Începând cu anul 1959, în zona din lunca râului Suceava, între Burdujeni și orașul vechi, sunt deschise câteva dintre marile unități industriale ale orașului. Ramurile industriei se diversifică și apar cartiere noi cu ansambluri de locuințe: Areni, George Enescu, Cuza Vodă, Zamca, Obcini etc.
După Revoluția din decembrie 1989, rând pe rând, fabricile orașului se închid sau își reduc considerabil activitatea. Caracterul preponderent industrial al localității este înlocuit de unul comercial. În 2010, Suceava este orașul din România cu cea mai mare densitate de spații comerciale raportat la numărul de locuitori.