南宋建炎三年(1129年)升为临安府,治所在钱塘。辖钱塘、仁和、临安、余杭、于潜、昌化、富阳、新城、盐宫九县,地域与唐代大致相当。绍兴八年(1138年)定都在于此,杭州城垣因而大事扩展,当时分为内城和外城。内城,即皇城,方圆九里,环绕着凤凰山,北起凤山门,南达江干,西至万松岭,东抵候潮门,在皇城之内,兴建殿、堂、楼、阁,还有多处行宫及御花园。外城南跨吴山,北截武林门,右连西湖,左靠钱塘江,气势宏伟。设城门13座,城外有护城河。由于北方许多人随朝廷南迁,使临安府人口激增。到咸淳年间(1265~1274年),居民增至124万余人(包括所属县)。就杭州府城所在的钱塘、仁和两县而言,人口也达43万余人。元至元十三年(1276),设两浙大都督府,又改设安抚司,十五年(1278)升杭州路,为江浙行省省会。明代改杭州路为杭州府,为浙江承宣布政使司治所。清世祖顺治2年(1645年),置浙江巡抚,驻杭州,圣祖康熙元年(1662年),浙江承宣布政使司改为浙江行省,杭州为省会。清初,在杭州城西沿西湖一带建造“旗营”,俗称“满城”。城墙周围十里,南至今开元路,北靠法院路,东临中山中路附近,西面包括湖滨公园,并辟有六座城门,总占地1436亩,成为杭州的“城中城”(民国初年拆除)。雍正二年(1724)、嘉庆五年(1800),浙江总督李卫、巡抚阮元先后再次疏浚西湖,挖起大量葑泥,使湖水加深数尺。杭州人口有续增加。光绪九年(1883),杭州城内有62万余人。光绪二十一年,清政府在中日战争中失败,被迫签订《马关条约》,杭州开为日本通商商埠,拱宸桥辟为日本租界。随着资本主义势力的入侵和洋务运动的兴起,杭州的近代工业也逐渐发展起来。中华民国元年(1912年),废杭州府,合并钱塘、仁和两县为杭县,仍为省会所在地。民国3年(1914)设道制,置钱塘道,道尹驻杭县。原杭州府所辖各县归钱塘道管辖。民国16年(1927)废道制,析出杭县城区设杭州市,直属浙江省;,郊区仍为杭县,旧属诸县直属于省。从此,杭州确立为市的建制,市区分为八个区。这时杭州已有少数近代工业,如在1897年创办的通益公纱厂(杭州第一棉纺织厂前身),规模较大;其后又陆继兴办起火柴厂、造纸厂等,传统的手工丝织行业也逐步采用机械传动。1909-1914年,沪杭、杭甬铁路相继建成;全长1453米的钱塘江大桥于1937年竣工。1945年抗日战争胜利后,无条件收回拱宸桥日租界。从鸦片战争后的百余年间,国力不振,民生凋敝,杭州城市年久失修,工商业也困难重重,西湖的不少景点,大多残破不堪,有的已经废圮。1949年5月3日,杭州市才获得新生。50年代以后,杭州的区域范围经历了不断变化。先是将原有的八区改名为上城区、中城区、下城区、江干区、西湖区、艮山区、拱墅区、笕桥区;其后,艮山区并入下城区,笕桥区并入江干区,中城区大部分并入上城区,小部分并入下城区。,1958年4月杭县撤销作为杭州市郊区,1960年1月建立钱塘联社,1961年3月余杭县并入杭州钱塘联社,成立新的余杭县。1990年初,半山区又与拱墅区合并,成立新的拱墅区。1994年,杭州升格为副省级城市。1996年12月12日,杭州市新设立滨江区。属县则有萧山、桐庐、余杭、临安、建德、富阳、淳安七个县(市)。2001年3月12日,杭州市政府正式宣布,经国务院和浙江省人民政府批准,撤销萧山市和余杭市,同时设立萧山区和余杭区,与杭州市原6个区一起构成一个新杭州,调整后的杭州新市区由原来的6个区增加到8个区。2014年12月13日,经国务院批准,撤销富阳市,设立杭州市富阳区。富阳区成为杭州市第九个市辖区。2016年10月1日,经国务院批准和浙江省人民政府批复同意,杭州市人民政府驻地由拱墅区环城北路318号迁至江干区解放东路18号。2017年8月10日, 浙江省人民政府正式签发《浙江省人民政府关于调整杭州市部分行政区划的通知》,根据《国务院关于同意浙江省调整杭州市部分行政区划的批复》(国函〔2017〕102号)精神,撤销县级临安市,设立杭州市临安区,以原临安市的行政区域为临安区的行政区域,临安区人民政府驻锦城街道衣锦街398号。2019年4月2日,浙江省政府批复同意设立杭州钱塘新区,面积达531.7平方公里,托管管理范围包括江干区的下沙、白杨2个街道,萧山区的河庄、义蓬、新湾、临江、前进5个街道,以及大江东产业集聚区规划控制范围内的其他区域(不含党湾镇所辖接壤区域的行政村)。2019年12月,荣登年度中国城市品牌前10强。2021年4月9日,杭州召开部分行政区划优化调整实施动员部署会议,宣布正式启动实施部分行政区划优化调整。2021年9月14日,《差异化培育提升不同类型城市发展新动能》提出将杭州打造成为高能级的国家中心城市。2021年9月,根据第七次全国人口普查,杭州被列为特大城市。2021年4月8日,经国务院批复同意,杭州撤销上城区和江干区,设立新的上城区,以原上城区、江干区的行政区域(不含下沙街道、白杨街道)为新的上城区的行政区域,人民政府驻望江街道望潮路77号。