咸阳之得名始于秦孝公十二年（公元前350年）。[142] 秦孝公把都城从栎阳（今西安市阎良区武屯一带）迁于此，古人以山南水北为“阳”，因这里地处九嵕山之南，渭水之北，山水俱阳，故名咸阳。[32] 还有一种说法是，根据《史记》和秦都咸阳出土的陶文，以为商秧在此置“咸亨”“阳里”，公元前350年，秦孝公将两名合一，即为咸阳。[33]
咸阳市的政区建置始于夏代。公元前21世纪，市境西部为有斄氏封地，东南部为有扈氏管辖地，北部为畎夷等原始氏族部落。商代，发展为斄、豳、程、犬方等方国。[27] 西周时期，武王十一年（前1066年）周武王灭商纣，建立周朝，定都镐京，咸阳为丰、镐二京近郊，周武王其弟姬高的封地“毕”就在今咸阳原。[144][27] 。东周时，咸阳为秦国封地。公元前350年，秦孝公在此筑城立阙。[27] 周文王陵（1927年）
秦始皇二十六年（前221年），秦灭六国，统一中国。秦王政改王号为皇帝，自称始皇帝，定都咸阳。[34] 设郡县时，咸阳周围因属京畿要地，由内史直接管辖，史称内史郡，其辖县在今市境内者有：咸阳、废丘、泾阳、好畤、斄、漆、栒邑、云阳8县。还有属于北地郡的鹑觚县。[27]
秦二世元年（前209年），中车府令赵高因在沙丘私改始皇遗诏，立胡亥为秦二世皇帝，恐大臣及诸公子不服，劝二世严法而苛刑，杀大臣蒙毅等。公子20人，僇死咸阳市。秦二世二年，李斯被赵高以谋反罪“腰斩咸阳市”。[34]
秦末，项羽入关，将秦内史和上郡的部分地区分成雍、翟、塞3国，谓之“三秦”。今市区窑店以东属塞国，窑店以西属雍国。汉高帝二年（前205年），刘邦“还定三秦”，消灭了3个封国之后，更秦内史地为渭南、河上、中地3郡。九年复为内史。东汉初，经领县调整，境内有右扶风及所辖的槐里、安陵、平陵、茂陵、武功、栒邑、漆7县，左冯翊的池阳、阳陵、云阳3县，京兆尹的长陵县，安定郡的鹑觚县。[27] 汉景帝阳陵