西周初年，周武王封召公於北京及附近地區，稱燕，都城在今北京的房山區的琉璃河鎮。
安史之亂期間，安祿山在北京稱帝，建國號為“大燕”。
遼於會同元年（938年）在北京地區建立了陪都，號南京幽都府，開泰元年改號析津府。
貞元元年（1153年），金朝皇帝海陵王完顏亮正式建都於北京，稱為中都，在今北京市西南。
自元代起，北京開始成為全中國的首都。元大都城址位於今北京市市區，北至元大都城遺址，南至長安街，東西至二環路。
劉秉忠（1216-1274），元代政治家、作家。初名侃，字仲晦，號藏春散人，邢州（今河北省邢台市）人。至元三年，劉秉忠受命在原燕京城東北設計建造一座新的都城，命名為大都。
郭守敬（1231-1316），元代天文學家、數學家、水利專家和儀器製造專家。字若思，漢族，順德邢台（今河北省邢台市）人。至元二十八至三十年，他提出並完成了自大都到通州的運河（即白浮渠和通惠河）工程。
明朝從永樂年間，明成祖朱棣為了便於加強北方邊防，保衛北方安全，將都城遷至北京。
明英宗正統元年至十年（1436-1445），朱祁鎮對北京進行了第一次增築，工程包括：將城牆全部用磚包砌；於九門上增建城樓，增築甕城、箭樓；城池四角增建角樓；各門內道立牌坊一座；護城河上木橋全部改砌為石橋，橋下加設水閘，河岸亦用磚石鋪造駁岸；在京北設昌平城、拱極城（宛平城）二城，與北京城互為犄角；加設內長城等拱衛，整修後的京師內城牆周長45裏。持續近十年的一係列增築使北京城形成了堅固的城防體係。
於謙（1398-1457），字廷益，號節庵，官至少保，世稱於少保。土木之變後，於謙力排南遷之議，決策守京師，與諸大臣擁請郕王朱祁鈺即位。瓦剌兵逼京師，身自督戰，擊退之。
明世宗嘉靖時期對北京進行了第二次增築。明朝後期，正陽門外聚集的人口增多，嘉靖三十二年（1553年）給事中朱伯辰上書陳說城外人口劇增，應增修外城防護外族侵擾，時北京城郊尚遺有金、元故城“周可百二十公裏”，“增卑補薄，培缺續斷，可事半而功倍”。這與中國古代城市“內城外郭”的重城製相吻合，1553年，嘉靖帝下詔增築外城，後財政拮據，著名權臣嚴嵩巡視後提出先築南麵城牆，待財力充裕再“因地計度，以成四麵之製”，於是待北京城南已經築起一麵城基，便“東折轉北，接城東南角；西折轉北，接城西南角”，從而形成了北京城池“凸”字形的格局。
袁崇煥（1584-1630），字元素，號（或字）自如，廣州府東莞縣石碣鎮水南鄉（今廣東省東莞市）人。崇禎二年十月，發生“己巳之變”，袁崇煥率領關寧九千騎兵，趕在皇太極之前馳抵京師城下。一場北京之戰在德勝門、廣渠門、左安門、永定門外展開，雙方互有死傷，後清軍撤退。
1644年（明崇禎十七年，清順治元年，大順永昌元年）以滿族為主的少數民族政權清朝的軍隊在明朝將領吳三桂的帶引下大舉進入山海關內，攻占北京，北京開始成為統治全中國的中央政府。