Rovaniemen historia ulottuu kivikaudelta nykypäivään. Ensimmäistä kertaa Rovaniemi mainitaan asiakirjoissa 1400-luvulla, jolloin se oli vielä osa Kemin pitäjää. Rovaniemen markkinat aloittetiin 1880-luvulla. Lapin sodassa vettäytyvät saksalaisjoukot tuhosivat noin 90 prosenttia rakennuksista. Rovaniemi oli aluksi hallintomuodoltaan kauppala, vuodesta 1960 alkaen kaupunki ja vuonna 2006 siihen liitettiin entinen Rovaniemen maalaiskunta.
Varhaishistoria pienoiskuva|Kopio Rovaniemen hirvenpäästä. Alkuperäinen puinen veistos löytyi Rovaniemen Lehtojärveltä suosta vuonna 1955. Veistos on noin vuodelta 5790 eaa.|alt=|vasen Rovaniemen asutuksen historia ulottuu kivikaudelle 8 000 vuoden taakse (noin 6000 eaa.). Lehtojärveltä löydetty mäntypuinen noin 40 senttimetriä pitkä hirvenpää on ajoitettu lähes 8 000 vuotta vanhaksi, ja se on siten Suomen vanhin löydetty puuveistos; koska sen ontoksi koverrettu kaula sopii sekä kokonsa, asentonsa että muotonsa puolesta aluksen kokkapuun päähän ja sen sivussa oleva reikä on sopiva tapille, jonka avulla veistos olisi kokkapuuhun kiinnitetty, ja kun kivikauden kalliopiirrosten aluksissa on tavallisesti keulakuvana hirvenpää, oletetaan veistoksen olleen aikoinaan aluksen keulakuva. Vaaralan Matkavaaralla on pidetty leiripaikkaa samoihin aikoihin. Suunnilleen samalle ajalle on ajoitettu myös Ylikylästä tehtyjä löytöjä (tuurat, kaapimet ja keihäänkärjet.). Nykyisellä kaupunkialueella, Valionrannassa keskustaa vastapäätä Ounasvaaran puolella on asuttu pysyvästi ainakin kahdessa jaksossa: 2920–2690 eaa. sekä noin 1700 eaa. – 300 jaa. Tähän tulokseen on päädytty Valionrannassa tehtyjen kaivausten, niihin liittyvien löytöjen ja analyysien perusteella 2013. Kivikauden asukkaiden oletetaan elättäneen itsensä hirven- ja peuranmetsästyksellä sekä kalastuksella. Anclylusjärven muututtua suolaiseksi Litorinamereksi noin 5500 eaa. muodostuivat hylkeet ja lohet merkittäviksi ravinnonlähteiksi. Ensimmäisten 3 000 vuoden ajalta säilyneet esineet ovat kiveä, puuta ja luuta, tunnusomaisimpina suuret tuurat eli nk. Rovaniemen tuurat. Saviastioiden teko opittiin Rovaniemen seudulla noin 4200 eaa.
Ensimmäiset pronssiesineet saapuivat idästä noin 1300–1000 eaa. Ensimmäiset merkit maanviljelystä ovat Ylikylän läheltä, josta tehty siitepölyanalyysi osoittaa, että kausittainen kaskeamiseen tai kulottamiseen viittaava toiminta alkoi vuosien 750–530 eaa. tienoilla. Ounasvaaran itäpuolella, Sierijärven Riitakanrannasta ja Kotijängältä on löytynyt noin 2 000 vuotta vanhoja masuuneja, joissa rauta valmistettiin paikallisesta suo- tai järvimalmista puuhiilen avulla.
Alueen kiinteä talonpoikaisasutus on alkanut 1100–1200-luvuilla, vaikka alueella on ilmeisesti asuttu jatkuvasti kivikaudesta alkaen. Paikannimistön vahva hämäläis-satakuntalainen aines osoittaa vanhimman uudisasutuksen tulleen pääasiassa sieltä. Myöhemmin uudisasukkaina Rovaniemelle tuli pääasiassa hämäläisiä, mutta myös varsinaissuomalaisia, karjalaisia, vienalaisia, ruotsalaisia, norjalaisia, kainuulaisia ja saksalaisia. Tästä seikasta johtuen Rovaniemen alueen murre on monipuolinen sekoitus eri murteita ja jopa eri kieliä. Muuttoliike ei kuitenkaan ole ollut kovin laajamittaista, sillä vielä 1540-luvulla Rovaniemen asukasluku oli vajaat 200 henkeä, joista osa kivikautisten asukkaiden jälkeläisiä. Alueella asui myös saamelaisia, mistä osoituksena on nimistöä (esim. Kolpene saam. Kolpan 'kuiva kangas'), esinelöytöjä ja perimätietoa. Kun Suomen paikallishallintoa järjesteltiin, Rovaniemen alue tuli 1400-luvun alkupuolella osaksi Kemin pitäjää; alueella ei kuitenkaan ollut vakituista valtion edustajaa, vaan viranomaisasiat hoidettiin vielä 1500- ja 1600-luvuillakin pääsääntöisesti Kemissä. Ensimmäistä kertaa Rovaniemi mainitaan asiakirjoissa 7. syyskuuta 1453, kun Pohjanmaan vouti vahvisti Korkalon ja Rovaniemen tiloja koskeneen maakaupan. 1700-luvulle asti Rovaniemen alueen nimenä oli Korkala.
Hallinnon järjestämisestä alkaen Rovaniemi kuului Kemin seurakuntaan. Alueella ei kuitenkaan ollut pitkään aikaan ainuttakaan kirkonmiestä, vaan rovaniemeläisten piti vielä 1500-luvulla käydä muutaman kerran vuodessa pakollisella kirkkomatkalla Kemissä. Suomalainen muinaisusko jumalineen, haltioineen, henkineen, kummituksineen ja vainajineen kukoisti kristinuskon rinnalla pitkään; vielä 1803 Jakob Fellman kertoi nähneensä Muurolan lohipadon luona seidan, jolle uhrattiin ruokaa ja tupakkaa. 1600-luvun alussa Rovaniemestä muodostettiin Kemin alainen kappeliseurakunta, ja ensimmäinen kirkko rakennettiin 1605–1611. Vienankarjalaiset hävittivät sen 1611. Uusi kirkko rakennettiin 1622 mennessä, se korvattiin uudella kirkolla 1688, ja tämä puolestaan korvattiin sittemmin Lapin sodassa poltetulla kirkolla 1817. Aluksi Kemin kirkkoherra kävi pitämässä jumalanpalveluksen näissä kirkoissa muutaman kerran vuodessa, mutta 1630-luvun lopulla Rovaniemi sai ensimmäisen kappalaisensa Christer Ericin.
Vuonna 1725 Rovaniemen alueen asukasluku oli noin 450. Väestönkasvu kiihtyi 1700-luvulla kuten muuallakin Suomessa: tuhannen henkilön raja ylittyi 1770-luvulla ja 2 000 hengen raja 1820-luvun alkupuolella. Rovaniemen seutu erotettiin Kemistä vuonna 1785, kun kuningas Kustaa III vahvisti itsenäisten Rovaniemen pitäjän ja Rovaniemen seurakunnan aseman. 1700-luvun lopulla nykyisestä keskustasta, Korkalonniemestä, alkoi muodostua pitäjän keskus: siellä asuivat vanhastaan kappalainen ja lukkari, sinne tuli rajaviskaali, ja komissionimaanmittari asui vaihtelevasti Ylikylässä tai Saarenkylässä. Myös käsityöläis- ja ammattiväki keskittyi Korkalonniemen ja osin Saarenkylän alueelle.
1700-luvun jälkipuoliskolla alkoi pienimuotoinen teollinen toimintakin orastaa alueella. Puutavaran kysyntä Euroopassa ja etenkin Isossa-Britanniassa kasvoi, mikä innoitti kaksi oululaista hakemaan lupaa sahan perustamiseen Raudanjoen varteen 1779; hakemus hyväksyttiin mutta projekti kaatui rahojen puutteeseen. Rovaniemeläiset vänrikki Magnus Fredrik Clementeoff ja kappalainen Esaias Fellman hakivat sahan perustamislupaa Sinetänjoen varteen 1780. Kuninkaallinen kamarikollegio vahvisti luvan 1782, ja saha aloitti toimintansa todennäköisesti 1784. Vakituisen sahanhoitajan saaminen 1790 tehosti toimintaa, mutta tuotanto oli silti vaatimatonta, tuskin enempää kuin 5 000 lautaa vuodessa. Seuraavina vuosikymmeninä toiminta tehostui pikku hiljaa, ja ennätysvuonna 1856 sahattiin 15 120 lautaa. Raudanjoella kaksi pohjalaista kauppiasta haki perustamislupaa 1837, ja senaatti sen heille myönsi 1839. Paikaksi määrättiin Raudanjoen Hakoköngäs noin 5 kilometrin päässä Kemijoesta. Sahan toiminta alkoi 1840 syksyllä. Ennätysvuonna 1856 siellä sahattiin 23 844 lautaa. Kolmas saha Meltausjoen suuhun muutaman kymmenen kilometriä Sinetästä Ounasjokea ylävirtaan sai perustamisluvan 1846. Yhteensä nämä sahat työllistivät 1800-luvun puolivälissä kevään ja kesän sesonkiaikoina vain jonkin verran yli sata ammattimiestä.
Rovaniemen nousu Lapin kaupan, liikenteen ja hallinnon keskukseksi vasen|pienoiskuva|Rovaniemen kunnasta erotettiin vuosina 1917 ja 1926 alueita Ranuaan ja Posioon. Vuonna 1929 perustettuun Rovaniemen kauppalaan liitettiin maalaiskunnan alueita vuosina 1948–1985. Kauppala muutettiin kaupungiksi vuonna 1960 ja Rovaniemen maalaiskunta yhdistyi kaupungin kanssa vuonna 2006. 1800-luvun puoliväliin saakka Rovaniemi oli joukko pieniä maalaiskyliä, joiden harvalukuiset asukkaat (n. 2 800 vielä vuonna 1850 nykyisen Rovaniemen kokoisella alueella) ansaitsivat elantonsa pääasiassa maanviljelyllä ja karjanhoidolla kalastuksen ja metsästyksen ollessa tärkeimmät sivuelinkeinot. Rovaniemen kukoistus alkoi Suomen metsätalouden nousun myötä 1800-luvun jälkipuoliskolla. Rovaniemi ei muodostunut puunjalostuksen keskukseksi, vaikka alueelle perustetuilla sahoilla (edellä mainittujen lisäksi mm. vuonna 1901 valmistunut Pitkäniemen saha nykyisen Arktikumin paikalla Sahanperällä) olikin huomattava paikallinen merkitys. Sen sijaan tukkisavottojen kannalta keskeinen sijainti ja aikaansa nähden hyvät liikenneyhteydet Kemijoen ja Ounasjoen yhtymäkohdassa nostivat Rovaniemen merkittäväksi liikenteen ja kaupan keskukseksi ja myöhemmin myös hallintokeskukseksi.
Maantie Kemiin 1839 liitti Rovaniemen valtakunnan tieverkkoon. Seuraavina vuosikymmeninä Lapissa hitaasti edenneet tienrakennustyöt yhdistivät lähinnä Rovaniemeä eri paikalliskeskuksiin. 1860-luvulla alkanut tukinuitto – tukkien uittaminen Kemi- ja Ounasjokea pitkin Kemiin – korosti Rovaniemen asemaa logistiikan solmukohtana. 1909 saatu rautatie sinetöi Rovaniemen aseman logistisena keskuksena. 1900-luvun alkupuolella höyrylaivaliikenne oli tärkeä yhdysside Rovaniemen sekä Kemi- ja Ounasjokien latvojen välillä. Rovaniemen lentokenttää alettiin rakentaa 1939 nykyiselle sijaintipaikalleen, ja ensimmäiset kaksi nurmipäällysteistä kiitotietä valmistuivat 1940.
Ennen 1860-lukua Rovaniemellä ei ollut kauppoja, vaan rovaniemeläiset tekivät hankintansa toisiltaan, kaupunkien (esim. Kemin) kauppiailta tai laukkuryssiksi kutsutuilta vienankarjalaisilta kulkukauppiailta. Ensimmäinen maakauppa sai toimilupansa 1860-luvun alkupuolella, ja metsätalouden tuoma vaurastuminen ja kirkonkylän edullinen sijainti läpikulkupaikkana nostivat paikkakunnan kauppojen määrään kolmeentoista vuoteen 1877 mennessä. Ensimmäinen apteekki tuli 1880-luvulla, ja 1898 kauppojen lukumäärä oli jo 27. Vuonna 1906 rovaniemeläiset perustivat itselleen osuuskaupan, ja Työväen Osuusliike Lapinmaa aloitti 1922. Aluksi kauppoja perustettiin vain kirkon läheisyyteen, mutta pian niitä alkoi tulla maaseudullekin, ja lisäksi tukkisavottojen yhteydessä toimi nk. savottakauppoja, joista paikkakuntalaisetkin saattoivat tehdä ostoksia.
Kauppapuotien ohessa merkittäväksi taloudelliseksi instituutioksi nousi Rovaniemen markkinat. Vuonna 1880 kirkonkylä sai markkinaoikeudet, ja ensimmäiset markkinat järjestettiin helmikuussa 1881. Pian ne alkoivat saavuttaa valtakunnallistakin mainetta, ja vuosisadan vaihteessa markkinat olivat jo tärkeä kaupallinen tapahtuma. Niitä pidettiin kolmesti vuodessa: viikon kestäneet päämarkkinat helmikuussa, juhannusmarkkinat ja syksyllä Mikkelinmarkkinat. Markkinat olivat suuri, monikulttuurinen ja värikäs tapahtuma jonne väkeä saapui ympäri Suomea ja aina naapurivaltioista saakka. Muun muassa venäläiset, norjalaiset, ruotsalaiset, juutalaiset, romanit ja tataarit myivät alueen metsänmyynnillä rikastuneille tai metsätöissä lisäelantoa hankkineille asukkaille kankaita, taloustarvikkeita, työkaluja ym., ja paikalliset myivät mm. Englannista tulleille välittäjille lähinnä turkiksia.
Talouden nousun vanavedessä myös hengenviljely edistyi. Ensimmäinen kirjasto saatiin 1860 ja ensimmäinen kirjakauppa 1895. Ensimmäinen kansakoulu aloitti toimintansa syksyllä 1870 Rantavitikalla; se oli Pohjois-Suomen ensimmäinen silloisten kaupunkien ulkopuolelle perustettu kansakoulu. Kansakouluikäisiä lapsia oli Rovaniemellä paljon enemmän kuin kouluun mahtui, joten 1882 palkattiin kaksi kiertokouluopettajaa, jotka viipyivät kussakin kylässä kolme viikkoa kerrallaan ennen siirtymistä seuraavaan; näin saatiin tarjottua opetusta noin kahdelle kolmasosalle tuonaikaisista rovaniemeläislapsista. 1902 aloittivat Jaatilan, Namman ja Saarenkylän kansakoulut, ja 1908 Rovaniemellä oli jo 10 kansakoulua. Ensimmäinen keskikoulu (Rovaniemen Keskikoulu, myöhemmin Rovaniemen Yhteislyseo, nykyisin Lyseonpuiston lukio) aloitti 1908. Ensimmäinen sanomalehti, Rovaniemen Sanomat, alkoi ilmestyä 1909, mutta koska se piti painaa hankalien liikenneyhteyksien päässä Kemissä (kirjapainoja sai olla vain kaupungeissa), sitä ilmestyi vain 34 numeroa. Lainmuutoksen salliessa kirjapainot myös maaseudulla perustettiin 1921 kolmesti viikossa ilmestynyt Rovaniemi-sanomalehti. Kun se tuli pian kytketyksi kokoomuspuolueeseen, paikkakunnan maalaisliittolaiset perustivat 1928 Lapin Kansan.
pienoiskuva|Rovaniemen kauppalaa 1930-luvulla.