Die Geschichte Wiens als Hauptstadt Österreichs geht auf das Jahr 1155 zurück. Die Stadt selbst ist rund 2000 Jahre alt, als sie mit dem Namen Vindobona von dem Römischen Reich errichtet wurde. Als Siedlungsort reicht ihre nachgewiesene Geschichte rund 4000 Jahre in die Vergangenheit und zählt damit zu den älteren Siedlungsgebieten Österreichs.
Wien liegt in einem Raum, wo Bevölkerungen unterschiedlicher Räume sich seit Jahrtausenden treffen. So liegt die Stadt an der Donau, sowie an den nord-östlichsten Ausläufern der Voralpen (dem Wienerwald) und dem nach ihr benannten Wiener Becken, zwischen den Alpen, den Westkarpaten und der pannonischen Tiefebene, am Westrand der Eurasischen Steppe.
Für die im 8. Jahrhundert aus dem Westen kommende deutschsprachige Bevölkerung entwickelte sich der Ort zu einer bedeutenden Befestigungs- und schlussendlich Residenzstadt im Nordosten der Alpen und dem Alpenvorland.
Die heutige Metropole hat sich zunächst als Residenzstadt von mehreren Zentraleuropa dominierenden Kaiserreichen, zu einem der umfangreichsten Zentren Europas entwickelt. So ist Wien als Hauptstadt der Republik, und später auch neutralen, Österreichs auch nach dem Auseinanderbrechen dieser Imperien ein wichtiger Ballungsraum und Anziehungspunkt Zentraleuropas geblieben. Spätestens seitdem sich der Grenzraum (Centrope) durch die Osterweiterung der Europäischen Union 2004 weiter geöffnet hat, wächst dieser mit Wien, als größtes Zentrum dessen, und über den Raum hinaus wieder stärker zusammen.
In Verbindung mit den Ungarnkämpfen taucht im Jahr 881 die erste urkundliche Erwähnung des Stadtnamens auf, und zwar in den Salzburger Annalen. Es handelt sich hierbei um die mittelalterliche Bezeichnung ad Vveniam, also „bei Wenia“, wo eine Schlacht gegen die Magyaren stattgefunden hatte. Etymologisch besteht keine Verbindung zum römischen Lagernamen Vindobona, dessen Herkunft und Bedeutung umstritten sind. Die Form Wenia wird auf die kelto-romanische Form Vedunia zurückgeführt. Gesichert ist die Bedeutung „Waldbach“, mit der der heutige Wienfluss gemeint ist.
Archäologische Funde aus dem 13. Bezirk (Titlgasse) zeigen, dass schon während der Altsteinzeit Menschen das Gebiet begangen haben.
Damals lebten große Mammutherden im Wiener Becken. Funde im Stadtgebiet und im Umland beweisen, dass ab der Jungsteinzeit das Wiener Becken kontinuierlich besiedelt war. Die begünstigte klimatische Lage und die fruchtbaren Böden Wiens boten den jungsteinzeitlichen Bauern gute Siedlungsmöglichkeiten. Darüber hinaus konnte der für die Steingeräte-Herstellung begehrte, rötlichbraune und grünliche Hornstein in Wien bergmännisch im Tagbau gewonnen werden (13. Bezirk, Roter Berg; 23. Bezirk, Mauer-Antonshöhe).
Funde der Kupferzeit wurden ebenfalls in Wien nachgewiesen (6. Bezirk, U6-Station Gumpendorfer Straße; 13. Bezirk, Ober St. Veit–Gemeindeberg; 21. Bezirk, Eipeldauerstraße; 22. Bezirk, Aspern, Stadlau).
Von der bronzezeitlichen Urnenfelderkultur zeugen in Wien etliche Brandgräber (19. Bezirk Höhenstraße/Leopoldsberg) aber auch Siedlungsspuren (23. Bezirk, Sulzengasse). Als Besonderheiten dieser Zeit gelten Manipulationen an menschlichen Schädelfragmenten zu kultischen Zwecken. So wurde in einer spätbronzezeitlichen Abfallgrube (23. Bezirk, Sulzengasse) ein menschlicher Unterkiefer gefunden, dessen Gelenksköpfe entfernt wurden.
Funde am Leopoldsberg belegen eine Besiedlung ab der Bronzezeit, vor allem ab der älteren Eisenzeit (Hallstattzeit). Die ältere eisenzeitliche Hallstattkultur ist in Wien durch Siedlungsreste (10. Bezirk, Fontanastraße; 19. Bezirk, Leopoldsberg) vertreten. Die befestigte Höhensiedlung (Oppidum) datiert in die jüngere Eisenzeit, der Zeit der Kelten. Um Christi Geburt gelangte das heutige Wien unter römische Herrschaft und trat so erstmals in das Licht der Schriftgeschichte. Auch unter römischer Herrschaft entstanden allerdings Grabhügel, die norisch-pannonische Grabhügel genannt werden. Etwa fünfzehn kleine Exemplare befinden sich im Wienerwald, in der Katastralgemeinde Hütteldorf.
Im 1. Jahrhundert n. Chr. adaptierten die Römer an der Stelle des heutigen Wiener Stadtzentrums nahe der Donau die keltische Siedlung Vindobona als Militärlager (castrum) mit der angeschlossenen Zivilstadt (canabae, im heutigen 3. Gemeindebezirk) zur Grenzsicherung der Provinz Pannonien an. Mit dem Bau des Legionslagers von Vindobona wurde um 97 n. Chr. begonnen. Wenige Jahre zuvor war es in unmittelbarer Nähe zu einer katastrophalen Niederlage römischer Grenztruppen gekommen, die von germanischen Invasoren vom anderen Ufer der Donau niedergemetzelt worden waren. Im Frühjahr 2025 wurden unter einem Sportplatz in Simmering am Südrand Wiens die Überreste von 150 brutal getöteten jungen römischen Soldaten in einem Massengrab entdeckt, das mit diesen Ereignissen in Verbindung gebracht wird. Nach Ansicht des Wiener Stadtarchäologen Martin Mosser kann die Gründung des Legionslagers an dieser Stelle eine Reaktion auf diese Niederlage gewesen sein.
Noch heute kann man an den Straßenzügen des 1. Bezirks (Innere Stadt) den Mauerverlauf und die Straßen des Lagers erkennen. Die Lagermauer verlief entlang der Straßenzüge: Tiefer Graben, Naglergasse, Graben, Kramergasse, Rotgasse, Rabensteig und etwa parallel zum Salzgries. Nach einem Donauhochwasser im 3. Jh. und der damit verbundenen Zerstörung der nördlichen Lagerecke musste von der streng rechteckigen Grundform abgewichen werden. Damit erreichte das Lager eine Breite von ca. 455 m und eine Länge bis 500 m. Die am Judenplatz archäologisch erforschten Kasernen waren zunächst aus Holz errichtet. Zwischen den Kasernen verlief eine geschotterte Straße mit beidseitigen Abflussrinnen. Um 150 n. Chr. wurden die Kasernen durch Steinbauten ersetzt. Die Fundamente und tragenden Innenmauern wurden mit Bruchsteinen und Mörtel hochgezogen. Für Trennmauern wurden ungebrannte Lehmziegel verwendet. Die Fußböden waren aus Lehm oder Mörtelestrich.
Einer unsicheren Überlieferung nach starb hier im Jahre 180 n. Chr. der römische Kaiser Marcus Aurelius während eines Feldzugs gegen die Markomannen. Die Siedlung wurde im Jahr 212 zum Municipium erhoben und dadurch gegenüber der nahe gelegenen pannonischen Provinzhauptstadt Carnuntum, die kurz zuvor den Titel Colonia erhalten hatte, aufgewertet. Etwa zu dieser Zeit erhielt die Zivilstadt von Vindobona auch das römische Stadtrecht. Diese Datierung ist tausend Jahre älter als das mittelalterliche Stadtrecht. Ab dem frühen 3. Jahrhundert mehren sich die Funde germanischer Gräber. In der Spätantike sind nach 430 bis 600 keine Siedlungsspuren mehr nachweisbar.
Die ursprüngliche keltische Siedlung Vedunia und das spätere römische Legionslager Vindobona im heutigen Wien lagen weit im Osten des weströmischen Reiches und fielen daher den Wirren der Völkerwanderung rasch zum Opfer. Es gibt Hinweise auf ein katastrophales Feuer etwa zu Beginn des 5. Jahrhunderts n. Chr. Die Überreste des Lagers wurden aber nicht verlassen, sondern es blieb eine kleine Restsiedlung zurück. Die Straßen und Häuser des frühmittelalterlichen Wien folgten dem Verlauf der römischen Lagermauern, was darauf schließen lässt, dass ein Teil der Befestigungen noch stand und von den Siedlern verwendet wurde (Teile der römischen Lagermauer samt der Tore wurden noch 1156 in die Wiener Stadtmauern integriert und blieben bis etwa 1200 erhalten). Auch wurden im Bereich der heutigen Inneren Stadt mehrmals byzantinische Kupfermünzen aus dem 6. Jahrhundert gefunden, was auf regen Handel schließen lässt. Als Zentrum des frühen Wien wird traditionell der Berghof angenommen (heute Salvatorgasse, eine Nebenstraße zur Marc-Aurel-Straße), dessen Existenz vor dem 13. Jahrhundert allerdings nicht erwiesen ist. Bei Grabungen in diesem Bereich wurden Gräber aus dem 6. Jahrhundert gefunden; damals herrschten die Langobarden im Wiener Raum.
Nachdem die Langobarden 568 nach Süden abgezogen waren, übernahmen die Awaren unter Baian die Herrschaft in der gesamten Region. Neben der awarischen Oberschicht lebten aber andere Völker im Awarenreich. Die Bevölkerungsmehrheit wurde von Slawen gebildet, über welche die Awaren einen Schutz- und Herrschaftsanspruch geltend machten. Bei einigen heutigen Wiener Stadtteilen, etwa Währing, Döbling, Liesing oder Lainz, lassen sich die Namen aus dem Slawischen herleiten. Von 627 bis 658 war laut der Fredegarchronik der Raum Wien Schauplatz eines großen Slawenaufstandes unter der Führung des fränkischen Kaufmanns Samo gegen die Awaren. Bereits um 650 kehrten die ersten Awaren aber wieder in die aufständischen Gebiete zurück. Im Jahr 791 führte Karl der Große einen ersten misslungenen Feldzug gegen die Awaren, konnte die Awaren aber dennoch bis zum Wienerwald zurückdrängen. Ein Bürgerkrieg im awarischen Reich 795 endete damit, dass ein neuer Herrscher, der Tudun, den Franken seine Unterwerfung sowie die Annahme des Christentums anbot, was die Franken jedoch für einen neuerlichen Angriff nutzten und bis 796 große Teile des Awarenreiches unterwarfen. Der Tudun erhielt eine eigene Herrschaftsorganisation innerhalb der fränkischen Awarenmark, das so genannte Awarische Fürstentum östlich von Wien. Danach war der Wiener Raum noch mehrmals Schauplatz bedeutender Awarenaufstände sowie von Einfällen nicht unterworfener Awaren.