Vùng cao nguyên Lâm Viên từ xa xưa là địa bàn cư trú của người Lạch, người Chil và người Srê thuộc dân tộc Cơ Ho.[9] Cuối thế kỷ 19, nhiều nhà thám hiểm người Pháp đã thực hiện những chuyến đi xuyên sâu vào vùng đất này. Tiên phong trong số họ là bác sĩ Paul Néis và trung úy Albert Septans với chuyến thám hiểm thực hiện đầu năm 1881.[10] Năm 1893, nhận nhiệm vụ từ Toàn quyền Jean-Marie de Lanessan, bác sĩ Alexandre Yersin đã tiến hành khảo sát một tuyến đường bộ từ Sài Gòn xuyên qua vùng đất của người Thượng và kết thúc ở một địa điểm trên bờ biển Trung Kỳ.[11] Ngày 21 tháng 6 năm 1893, trên hành trình thám hiểm, Alexandre Yersin đã tới cao nguyên Lâm Viên.[12] Năm 1897, trong khi tìm kiếm một địa điểm để xây dựng trạm nghỉ dưỡng (station balnéaire d'altitude) cho người Pháp ở Đông Dương, Toàn quyền Paul Doumer gửi thư hỏi ý kiến Alexandre Yersin.[13] Khi nhận được thư của Paul Doumer, Alexandre Yersin gợi ý chọn cao nguyên Lâm Viên, một vùng đất lý tưởng thỏa mãn đầy đủ các điều kiện: độ cao thích hợp, diện tích đủ rộng, nguồn nước bảo đảm, khí hậu ôn hòa và có thể thiết lập đường giao thông.[9] Cuối tháng 3 năm 1899, Paul Doumer cùng với Alexandre Yersin đích thân đến khảo sát thực tế tại cao nguyên Lâm Viên.[14]

Dự án xây dựng Đà Lạt bị gián đoạn khi Toàn quyền Paul Doumer trở về Pháp vào năm 1902[15] và Toàn quyền Paul Beau, người kế vị, thì không sốt sắng gì về việc xây dựng thị trấn miền núi.[16] Mặc dù vậy, trong khoảng thời gian tiếp theo, nhiều đoàn khảo sát vẫn được gửi đến cao nguyên Lâm Viên để nghiên cứu và các tuyến đường giao thông tới Đà Lạt cũng dần hình thành. Giữa thập niên 1910, Chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ khiến nhiều người Pháp không thể về quê hương trong những kỳ nghỉ, Đà Lạt dần trở thành nơi họ tìm đến để tìm chút gì của nước Pháp miền ôn đới.[17] Ngày 20 tháng 4 năm 1916, Hội đồng Phụ chính của vua Duy Tân thông báo Dụ thành lập thị tứ Đà Lạt.[18] Toàn quyền Maurice Long đi thêm bước nữa khi bổ nhiệm Ernest Hébrard làm chủ sự quy hoạch thị trấn Đà Lạt. Hébrard là người chủ trương dùng mẫu kiến trúc cổ điển Âu châu nhưng thêm vào đó một số trang trí thuộc mỹ thuật Việt Nam để tạo ra phong cách riêng mà ông gọi là une architecture indochinoise. Hébrard đã thực hiện lối kiến trúc này trong những công trình khác như tòa nhà của Viện Viễn Đông Bác cổ, Hà Nội. Nay lối kiến trúc này được áp dụng quy mô hơn ở Đà Lạt. Đặc biệt là Hébrard vẽ đồ án có vườn hoa, trường sở, sân vận động, biệt thự nhưng hoàn toàn không có công xưởng sản xuất để giữ y nguyên không gian trong lành và yên tĩnh của thị trấn này.[16] Trong vòng ba mươi năm, từ một địa điểm hoang vu, một thành phố đã hình thành với đầy đủ hệ thống cơ sở hạ tầng, các trường học, bệnh viện, khách sạn, công sở và dinh thự.[19] Trên diện tích tổng cộng là 1760 ha, thì 500 ha được chính quyền quy hoạch cho các cơ sở công chánh, 185 ha thuộc nhà binh, 173 ha cho công chức và 206 cho dân bản xứ. Phần còn lại còn lại (non 700 ha) thì bán cho người Pháp.[20]

Tới thập niên 1940, Đà Lạt bước vào giai đoạn cực thịnh của thời kỳ Pháp thuộc, "thủ đô mùa hè" của toàn Liên bang Đông Dương.[21] Trong những năm chiến tranh, thành phố vẫn giữ vai trò một trung tâm du lịch nghỉ dưỡng và khoa học giáo dục của Việt Nam Cộng hòa. Dưới thời Tổng thống Ngô Đình Diệm, nhiều trường học, trung tâm văn hóa và các công trình kiến trúc tiếp tục ra đời.[22] Đà Lạt cũng là nơi định cư của nhiều người di cư từ miền Bắc. Nhưng kể từ năm 1964, khi cuộc chiến tranh Việt Nam bước vào giai đoạn khốc liệt, việc phát triển đô thị ít được coi trọng, thay vào đó là sự xuất hiện của những công trình phục vụ cho mục đích quân sự.[23]

Sau chiến tranh, Đà Lạt tiếp tục bước vào một thời kỳ khó khăn khi phải đối mặt với vấn đề lương thực và thực phẩm, việc xây dựng phát triển thành phố vì thế không còn được chú trọng.[24][25] Diện tích canh tác nông nghiệp mở rộng đã ảnh hưởng nhiều tới cảnh quan thiên nhiên và môi sinh của thành phố.[26][27] Du lịch Đà Lạt giai đoạn này cũng trầm lắng bởi sự khó khăn chung của nền kinh tế Việt Nam.[28] Từ cuối thập niên 1980, đầu thập niên 1990, thành phố dần phát triển trở lại với làn sóng khách du lịch tìm tới ngày một đông và hệ thống cơ sở hạ tầng tiếp tục được xây dựng.[29] Sau năm 1975, thành phố Đà Lạt có 6 phường (đánh số thứ tự từ 1 đến 6) và 3 xã: Tà Nung, Xuân Thọ, Xuân Trường. Ngày 6 tháng 6 năm 1986, giải thể 6 phường hiện hữu, thay thế bằng 12 phường mới (đánh số thứ tự từ 1 đến 12).[30] Ngày 6 tháng 3 năm 2009, chia xã Xuân Trường thành 2 xã: Xuân Trường và Trạm Hành.[31] Ngày 24 tháng 7 năm 1999, Đà Lạt được Thủ tướng Chính phủ quyết định công nhận là đô thị loại II[32] và ngày 23 tháng 3 năm 2009, Đà Lạt chính thức trở thành đô thị loại I trực thuộc tỉnh Lâm Đồng.[27][33]