伦敦附近的斯旺斯孔布（Swanscombe）曾经发现四十万年前的旧石器时期人类化石。考古界称为斯旺斯孔布人（Swanscombe Man）。

最近的两项发现表明在泰晤士河伦敦地区非常早便有人定居。1999年，一座青铜时代桥梁的遗迹在沃克斯霍尔桥北部河滩上被发现。这一桥梁可能跨越泰晤士河，亦可能连接一座至今已不存在的河中岛屿。树木学研究可将其木料追溯至公元前1500年。2010年，一座大型木质结构的地基在沃克斯霍尔桥南部的泰晤士河河滩上被发现，可追溯至公元前4500年。这一中石器时代结构的功能至今尚不明确。两个建筑都位于南岸的一个天然跨河点，在此埃夫拉河注入泰晤士河。

1831年至1925年间，伦敦是全球最大的城市。过于密集的人口导致霍乱时常发生，1848年的霍乱导致14,000人丧生，而1866年的霍乱则导致6,000人丧生。日渐拥堵的交通最终使世界上首个地方城市铁道系统建立起来。大都会工务委员会（首长称主席）负责监督首都及邻近地区的基础设施扩张；1889年该委员会撤废，伦敦郡委员会（London County Council）由首都周围的郡组织成立，作为行政机构。第一次世界大战期间伦敦受到德国轰炸，而第二次世界大战期间纳粹德国空军的一系列轰炸导致超过30,000名伦敦人死亡，大量房屋和其他建筑被摧毁。战争结束之后，英国尚未从战争中恢复过来，便于旧温布利球场举办1948年夏季奥林匹克运动会。

1951年，不列颠节于南岸举办。1952年的大雾霾最终引致《1956年空气清净法案》的通过，从而终结臭名昭著的伦敦“豆羹雾”（pea soup fogs）状况的发生。1940年代起，伦敦成为大量移民的目的地，他们大多来自其他英联邦国家，例如牙买加、印度、孟加拉国和巴基斯坦，伦敦也成为全欧洲最为多元化的城市之一。

自1960年代中期起，伦敦成为世界青年文化的中心，例如与国王路、切尔西和卡纳比街相关的“摇摆伦敦”（Swinging London）亚文化。其开创性的地位在朋克摇滚年代得到复兴。1965年伦敦的行政边界向外扩张以纳入逐渐发展的城市区域，新的行政机构——大伦敦委员会成立。在北爱尔兰问题年代，伦敦多次受到爱尔兰共和军临时派的炸弹攻击。种族不平等问题在1981年布里克斯顿*乱中得到突出的体现。

大伦敦的人口在第二次世界大战后的数十年内逐渐下跌，由1939年的近860万下跌至1980年代的680万。伦敦的主要港区向下游的费利克斯托和蒂尔伯里迁移，而伦敦码头区则作为金丝雀码头得到重新的开发。这一切都起源于1980年代伦敦逐渐向全球金融中心角色的转变。1980年代泰晤士河防洪闸建成以保护伦敦免受北海潮汐的侵袭。