Thành phố này trước năm 1899 là một vùng đầm lầy không có người ở, sau khi thuộc về hãng đường sắt Uganda nó trở thành trung tâm vận chuyển và bắt đầu có người đến cư trú. Tên thành phố theo tên một hố nước sâu theo Tiếng Maasai là Ewaso Nyirobi, có nghĩa "vùng nước mát". Thị trấn này được xây lại trong những năm 1900 sau sự bùng phát một trận dịch và thị trấn ban đầu bị đốt cháy. Nairobi đã thay thế Mombasa làm thủ đô của Khu vực bảo hộ Đông Phi của Anh năm 1905. Đường sắt đã mang thịnh vượng đến cho thị trấn, khiến thị trấn phát triển nhanh. Lúc đó, Nairobi trở thành đô thị lớn thứ hai của Kenya sau Mombasa. Năm 1901, Nairobi trở thành thủ đô của vùng chế độ bảo hộ Anh và thành phố đã phát triển nhờ hành chính và du lịch săn bắn. Khi thực dân Anh bắt đầu khai thác khu vực, họ bắt đầu sử dụng Nairobi như là first port of call. Sau đó, chính phủ thực dân cho xây nhiều khách sạn lớn trong đô thị này cho những người đi săn bắn Anh cư trú.

Nairobi tiếp tục phát triển dưới sự cai trị của người Anh và nhiều người Anh định cư ngoài ngoại ô thành phố. Việc mở rộng thành phố liên tục làm cho người Maasai nổi giận khi đô thị lấn về đất của họ ở phía nam. Người Kikuyu muốn đất đai được trả lại cho họ.

Năm 1919, Nairobi được công bố là một đơn vị đô thị. Giữa những năm 1920 và 1950, số lượng người da trắng định cư ở Nairobi tăng từ 9.000 người lên 80.000 người. Điều này dẫn đến hiện tượng mâu thuẫn lợi ích giữa dân bản xứ và dân da trắng. Nairobi trở thành thành phố vào năm 1954. Sau khi kết thúc Chiến tranh Thế giới thứ 2, sự mâu thuẫn giữa dân bản xứ và dân châu Âu da trắng đã trở thành cuộc nổi loại Mau Mau. Jomo Kenyatta, Tổng thống Kenya sau này đã bị tống giam vì đã dính líu vào vụ này dù không có chứng cứ về sự liên quan của ông. Dưới sức ép của dân chúng địa phương lên người Anh, Kenya giành được độc lập năm 1963 và Nairobi trở thành thủ đô của Kenya. Sau khi độc lập, Nairobi phát triển nhanh chóng và đã gây áp lực lên hạ tầng cơ sở của thành phố: cúp điện, cúp nước triền miên. Đại sử quán Hoa Kỳ ở Nairobi bị đánh bom năm 1998 bởi Al-Quaida, giết chết 200 dân thường, một trong một loạt Các vụ đánh bom nhằm vào Đại sứ quán Mỹ năm 1998. Vị trí khu đất Đại sứ quán Mỹ bây giời là một công viên tưởng niệm.