Ca khúc được sáng tác bởi Giáng Son lần đầu vào năm 2012,[1][2] nói về sự chuyển giao bốn mùa ở Hà Nội trong một năm. Nữ nhạc sĩ đã quan sát và lấy 12 loài hoa tiêu biểu ứng cho 12 tháng để đưa vào làm lời nhạc, qua đó ca ngợi nét văn hóa của người Hà Nội.[1] 12 loài hoa trong lời bài hát lần lượt gồm hoa đào, hoa ban, hoa sưa, hoa loa kèn, hoa phượng đỏ, hoa sen, hoa sấu, hoa xoan, hoa sữa, hoa cúc, hoa thạch thảo và hoa cải vàng.

"Hà Nội 12 mùa hoa" đã được trung tâm Thúy Nga mua lại, dù ban đầu hãng muốn tìm một sáng tác nói về mùa xuân, và giao cho ca sĩ Thu Phương thể hiện. Thu Phương sau đó đã liên lạc với Giáng Son, ngỏ ý muốn thêm lời vào phần điệp khúc nhằm tăng độ cao trào cho bài hát. Thành phẩm cuối cùng do Thu Phương hát được đưa vào chương trình Paris by Night số 110 "Phát lộc đầu năm" phát hành ngày 24 tháng 1 năm 2014; đây cũng là lần ra mắt đầu tiên của ca khúc.[3][4]

Đã có nhiều ca sĩ khác nhau thể hiện lại bài hát. Tại Lễ hội Ca nhạc Truyền hình Châu Á – Thái Bình Dương 2020, Dương Hoàng Yến đã biểu diễn ca khúc trong bộ áo dài của mình; cô là đại diện duy nhất từ Việt Nam được cử đi dự nhạc hội năm này.[5][6] Ở một số của chương trình âm nhạc Xuân hạ thu đông rồi lại xuân phát sóng trên HTV,[7] hai ca sĩ Hòa Minzy và Anh Tú cũng cùng nhau thể hiện bài hát.[8] "Hà Nội 12 mùa hoa" còn được trình bày bởi cả ba ca sĩ Bằng Kiều, Thu Phương và Lệ Quyên tại một tiết mục trong buổi hòa nhạc "Chuyện lạ" tổ chức năm 2021.[9]

Vào năm 2017, nhân dịp ngày Giải phóng Thủ đô, nam ca sĩ Phan Trung Kiên đã cho ra mắt video âm nhạc bài hát sau khi giành cúp Vàng Liên hoan âm nhạc Châu Á – Thái Bình Dương 2017 tổ chức tại Hồng Kông, với sự hỗ trợ của nhạc sĩ Giáng Son. Anh cho biết ca khúc được hát theo lối bán cổ điển trong MV, mà anh nói rằng sẽ giúp đưa phong cách âm nhạc opera tới gần hơn khán giả Việt Nam.[2][10][11] Cùng năm này, một MV khác của ca khúc do Thu Phương thể hiện cũng được phát sóng trong chương trình MV+ của Đài Truyền hình Việt Nam.[12]

Ca khúc từng được đưa vào album thứ hai của ca sĩ Khánh Ly năm 2015 Mùa lá đi qua, trong đó cô trình bày hai sáng tác của Giáng Son "Hà Nội 12 mùa hoa" và "Ngày vừa chớp mắt".[13]