远在新石器时代，今定西市境内就有先民在洮河、渭河流域繁衍生息，从事原始的采集、渔猎和农耕生产，创造了灿烂的史前文明。《尚书•禹贡》分天下为九州，夏商时期，今定西市属“雍州”之地，为西戎部族所居。西周晚期，周人的足迹已达渭河上游。春秋时期，秦武公十年（前688年），秦伐居于渭河中上游的邽、冀2戎，设邽、冀2县，今通渭县南、陇西县东为其辖地。秦穆公三十七年（前623年），秦开疆拓土，称霸西戎，秦国势力到达洮河流域。战国时期，秦献公元年（前384年），“兵临渭首，灭狄獂戎”，秦国的西境到达今陇西、渭源、临洮县境内。设置狄道、獂道2县，今定西市境内建置县由此开始。秦昭襄王二十七年（前280年），秦“使司马错发陇西，因蜀攻楚黔中，拔之”（《史记•秦本纪》）。陇西之名始见于史册。秦昭襄王二十八年（前279年）始设陇西郡，郡治狄道县，今定西市均辖于陇西郡。陇西郡因其郡治位于“陇水”、“陇坻”以西而得名。陇西郡是中国历史上建置最早的郡级行政区，也是今定西市设郡之始。秦始皇二十六年（前221年），秦统一六国，分天下为三十六郡，陇西郡治仍在狄道，陇西郡辖狄道（今临洮县）、枹罕（今临夏州）、临洮（今岷县）、邽（今天水市）、下辨（今成县）、西（今西和、礼县境内）7县。秦亡汉兴，汉承秦制。汉高祖二年（前205年）得陇西郡地，设首阳县（今渭源、陇西县境内）、襄武县（今陇西县境内）。武帝元鼎三年（前114年），由陇西郡析置天水郡，郡治平襄（今通渭县），设天水郡属国都尉勇土县、治满福（今安定区境内）。汉武帝元封五年（前106年），全国设13个刺史部，陇西郡属凉州刺史部。汉章帝建初元年（76年），从襄武县析置鄣县（今漳县）。三国时期（220~265年），曹魏分全国为13州，实行州、郡、县三级行政制。今定西市为曹魏陇西、南安、广魏3郡所辖，陇西郡治由狄道县移至襄武县。西晋时期（265~316年），今定西市为秦州陇西郡、南安郡、狄道郡管辖。东晋十六国时期（317~420年），今定西市先后为前凉、后凉，前赵、后赵，前秦、后秦等割据政权所控制。南北朝时期（420~589年），今定西市先后为北魏、北周统治。隋朝时期（581~618年），今定西市为陇西、会宁、金城、临洮4郡辖地。唐太宗贞观元年（627年），划全国为10道，陇中地域为陇右道管辖。北宋时期（960~1127年），今定西市北部为宋与西夏的交界地带，全境先属秦凤路，后属熙河路。金代（1115~1234年）其建置多承宋制，设临洮府、巩州等。金哀宗正大六年（1299）七月，设巩昌府，（治所今陇西县），十月，以汪世鲜为巩昌便宜总帅，此为“巩昌”得名之始。元代（1271~1368年）设行省制，以下设路、府、州、县。今定西市属陕西行省巩昌路、临洮府、定西州、及吐蕃等处宣慰司脱思麻路所辖。明洪武九年（1376年）改行省为布政使司，巩昌府领秦州、阶州、徽州，辖有安定、会宁、陇西、通渭、漳县、秦安、伏羌（甘谷）、宁远（武山）、清水、天水、礼县、西和、成县、徽县、两当等15个县，辖区相当于今定西、陇南、天水3市的区域，属陕西布政使司管辖。清康熙三年（1664年）分陕西为左右布政使司，右布政使司驻巩昌府（今陇西县）。康熙六年（1667年）改陕西右布政使司为巩昌布政使司，康熙七年又改为甘肃布政使司，徙治于兰州，设陕甘总督，驻西安以统之。乾隆二十九年（1764年），以陕甘总督驻兰州行巡抚事，今定西市辖于巩昌府。民国2年（1913年）废除府治，今定西市境内曾为兰山道、甘肃省第九行政督察专员公署统辖。民国17年（1928年）宁夏、青海建省，甘、宁、青分治，今定西市辖于甘肃省。民国33年（1944年），省政府下设专员公署。1949年8月中旬，今定西市各县相继解放。9月22日，由原会宁分区易名为定西分区，辖7县。此后，行政区划几经变更，而定西地区驻地一直设在定西县城。1951年4月，改称定西专员公署。1956年1月，定西专区辖定西、会宁、通渭、陇西、渭源、会川、临洮、榆中、皋兰、永登、景泰、靖远12个县，此为辖区最大的时期。此后，辖区又几经调整。1968年10月，专区改称地区。至1976年，定西地区辖定西、临洮、陇西、通渭、渭源、靖远、会宁7县。1985年6月，将原辖于定西地区的靖远、会宁2县划归白银市，10月，将原属天水地区的漳县及武都地区的岷县划归定西地区。
　　2003年4月4日，经中华人民共和国国务院“国函”（2003）46号文件《国务院关于同意甘肃撤销定西地区设立地级定西市的批复》，定西地区撤地区设市，辖一区六县：安定区（由原定西县改称）、通渭、陇西、渭源、临洮、漳县，岷县。同年12月26日，召开定西市第一届人民代表大会第一次会议，选举产生了定西市人民代表大会常务委员会和定西市人民政府市长、副市长。至此，原定西地区行政公署完成了其历史使命。定西市居住有汉、回、藏、满、蒙、东乡、撒拉、裕固、壮、哈萨克、土等31个民族，汉族占总人口的98.93%。至2015年底，全市户籍人口301万人，常住人口277万人。