anını tekrar kazanması Sırp İsyanları sonucunda 1841'de gerçekleşse de şehrin kuzeyi Habsburg Monarşisi'nde kaldı ve 1918'de Avusturya-Macaristan İmparatorluğu dağılana kadar kent 2 parça hâlinde varlığını sürdürdü. Birleşik kent 1918'de Yugoslavya'nın başkenti ilan edildi ve 2006'da ülke tamamen dağılana kadar da bu durumunu sürdürdü.

Günümüzde özerk bir yönetime sahip olan Belgrad'ın Sırbistan'ın idari yapılanmasında özel bir konumu vardır. Metropolitan kent alanı 17 belediyeye ayrılır ve her biri kendine özgü bir yerel konseye sahiptir.

Deniz seviyesinden 116,75 metre yukarıda bulunan Belgrad, Tuna ve Sava nehirlerinin kesişme noktasında bulunur. Ülkeden geçen en büyük nehir olan Tuna'nın 60, Sava'nın ise 30 km'lik kısmı Belgrad sınırları içerisinde bulunur. Kentte bulunan bu iki nehir üzerinde, en büyüğü Ada Ciganlija olmak üzere 16 ada vardır. 44°49'14" kuzey, 20°27'44" doğu enlemlerindeki kentin tarihî çekirdeği Kalemegdan bu nehirlerin sağ kıyısında kurulmuştur. 19. yüzyıldan beri güney ve doğu yönünde genişleyen şehirde Sava'nın sol yakasında II. Dünya Savaşı'ndan sonra Novi Beograd kuruldu ve kent Zemun ve Krnjača ile Ovča gibi bazı kentler ve küçük yerleşimlerle birleştirildi. Tarih boyunca Batı ve Doğu dünyasının kesişme yollarında bulunan kentin merkezi 360 km² iken tamamı 3.223 km² alan kaplar.

Şehir merkezinin en yüksek yeri 303 metre yüksekliğe sahip Torlak tepesi, en alçak noktası ise Ada Huja üzerindeki 70 metrelik alandır. Güney kısımlarında 628 metrelik Kosmaj ve 511 metrelik Avala dağları vardır. Kentte bunlarla birlikte 29 tepe olmasına karşın kent Sava ve Tuna boyunca birikinti ovalarıyla kaplı olduğundan genellikle düzlüktür. Belgrad idari bölgesinin ortalama yüksekliği 132 metredir.

Belgrad, dört mevsim düzenli yağış alarak ılıman dönencealtı (Cfa) iklim sınıflandırmasına sahiptir. Sıcaklık ortalaması ocakta 1,4 °C ile temmuzda 23 °C arasında değişirken, yıllık ortalama 12,5 °C'dir. Sıcaklık, yılın 31 günü 30 °C'nin, 95 günü 25 °C üzerindedir. Yağışların en yoğun görüldüğü zamanın ilkbahar sonu olduğu kent, yılda yaklaşık 680 millimetre yağış alır. Yıllık ortalama güneşli saat sayısı 2122 olan kentte şu ana dek ölçülmüş en yüksek sıcaklık 24 Temmuz 2007'de ölçülen 43,6 °C iken en düşük sıcaklık 10 Ocak 1893'te ölçülen -26,2 °C'dir.

Zemun'da bulunan yontma taş aletler Belgrad civarının eski taş ve orta taş çağlarında avcı ve toplayıcı topluluklara ev sahipliği yaptığını gösterir. Bu aletlerin bir bölümü modern insanlardansa Neandertallerle özdeşleşen Musteryen tipindedir. Bölgede ayrıca 50.000 ile 20.000 yıl öncesine tarihlenen Orinyasiyen ve Gravetyen aletler bulunmuştur.

Tarımla uğraşan toplulukların bölgeye ilk yerleşimi MÖ 6200 ile 5200 yılları arasında Neolitik Starčevo kültürü ile olmuştur. Belgrad ve civarında kültüre ait birçok kazı alanı vardır, bunlar arasında kültürün adını taşıyan Starčevo da vardır. Starčevo kültürü MÖ 5500-4500 yılları arasında yerini adını yine bölgedeki Vinča-Belo Brdo'dan alan daha gelişmiş bir tarım kültürü olan ve Starčevo kültürünün etkisiyle ortaya çıkan Vinča kültürüne bırakmıştır. Vinča kültürü birçoğu tarih öncesi Avrupa'nın en büyüklerinden olan kurdukları büyük yerleşimlerle tanınır. Vinča Leydisi adlı insan biçimli buluntu, Avrupa'nın ilk işlenmiş bakır objesi olarak bilinir. Bazı bilginlere göre tarih öncesi Vinča sembolleri, alfabenin bilinen ilk formudur.

Tarih öncesi Balkanlardaki Traklar ve Daçyalılar Roma'nın bölgeyi fethine kadar bölgeyi yönetmiştir. Trako-Daçyalı "Singi" kabilesinin ikamet ettiği bölge, 279 yılındaki Kelt istilasında Skordiskler tarafından ele geçirildi ve "Singidūn" ("dūn", kale) olarak adlandırıldı. 34-33 yılları arasında Silanus tarafından yönetilen Roma ordusu kente geldi. Kentin adı 1. yüzyılda Romalılarca "Singidunum" yapıldı, 2. yüzyılın ortalarında kent Roma otoritelerince "municipium" ilan edildi ve yüzyılın sonunda tam teşekküllü bir "colonia"ya (en yüksek düzeyde Roma şehri) evrildi. İlk Hristiyan Roma İmparatoru olan "Büyük Konstantin" olarak da bilinen I. Konstantin'in modern Sırbistan'da bir bölgede doğmuş olmasıyla birlikte Hristiyanlığı dirilten Roma İmparatoru Flavius Iovianus da Singidunum'da doğmuştur. Jovian selefi Julianus dönemindeki geleneksel Roma dininin yükselişine son vererek Hristiyanlığı Roma İmparatorluğunun resmî dini olarak tekrar ilan etti. 395 yılında bölge Bizans İmparatorluğu hâkimiyetine geçti. Singidunum'dan sonra Sava kıyısında bir Kelt şehri olan Taurunum (Zemun) bulunuyordu ve Roma ve Bizans zamanından beri "ikiz kardeş" olarak anılan kentler bir köprüyle birbirine bağlandı.

442 yılında Hun İmparatoru Atilla tarafından tahrip edilen kent, 471 yılında Yunanistan'a doğru ilerleyen Büyük Teoderik tarafından alınır. Ostrogotların İtalya'ya gitmek için bölgeden ayrılmasıyla kent Gepidler tarafından alınır ve 539 yılında tekrar Bizans hâkimiyetine geçer. 577 yılında 100.000 kadar Slav Trakya ve Illyricum'a akın etmiş, kentleri yağmalamış ve kentlerin bir bölümüne yerleşmiştir. Kent 582 yılında Avar hükümdarı I. Bayan tarafından ele geçirilmiştir. Bizans kaynağı "De Administrando Imperio"ya göre Beyaz Sırplar ana yurtlarına dönerken Belgrad'da durmuş, "strategos"tan toprak talep etmiş, Adriyatik'e uzanan batıda toprak edinmiş ve İmparator Herakleios'a (610-641) bağımlı olmak kaydıyla bölgeyi yönetmişlerdir. Avarlar 9. yüzyılda Franklar tarafından yıkılınca, Taurunum Frank ülkesine katılıp "Malevilla" adını alırken, Singidunum Bizans egemenliğine geri dönmüştür. 878 yılında şehir ilk kez Birinci Bulgar Krallığı tarafından "Beligrad" olarak anılmıştır. 4 yüzyıl boyunca şehir Bizans İmparatorluğu, Macaristan Krallığı ve Birinci Bulgar Krallığı arasında savaşlara sahne olmuştur. II. Basileios (976-1025) şehirde bir garnizon kurmuştur. Birinci ve İkinci Haçlı seferinde orduların konakladığı kent; Üçüncü Haçlı seferinde Friedrich Barbarossa ve 190.000 haçlı askeri Belgrad'ı harap olmuş gördüler.
Stephen Dragutin (1276-1282), kayınpederi Macar Kralı V. Stephen aracılığıyla kenti 1284'te boyundurluğu altına almış ve Srem Krallığı'nın başkenti yapmıştır. Dragutin, tarihte Belgrad'ı yöneten ilk Sırp kralı olarak bilinir. 1371'deki Çirmen Muharebesi'ni takiben 1389'da yapılan I. Kosova Muharebesi'yle birlikte Sırp İmparatorluğu, güney topraklarını fetheden Osmanlı İmparatorluğu karşısında parçalanmaya başlamıştır. Buna karşın başkenti Belgrad olan Sırp Despotluğu yönetimindeki kuzey toprakları direnmeye devam etmiş, kent Sırp prensi Lazar Hrebeljanović'in oğlu despot Stefan Lazarević zamanında bir gelişme kaydetmiştir. Lazarević, surları ve sadece despota ait kulesi olan bir kale inşa ettirmiş ve şehrin antik surlarını onartarak Osmanlılara neredeyse 70 yıl boyunca karşı koyabilmiştir. Onun zamanında şehir Osmanlı hâkimiyetinden kaçan sayıları 40.000-50.000 olduğu düşünülen birçok Balkan kökenli insana sığınak olmuştur.

1427'de Stefan'ın halefi Đurađ Branković Belgrad'ı Macarlara vermek zorunda kaldı ve Smederevo yeni başkent yapıldı. Hükmü süresince Osmanlı İmparatorluğu, Sırp Despotluğu'nun çoğu bölgesine hâkim oldu ve Belgrad başarısızlıkla sonuçlanan ilk Osmanlı kuşatmasına 1440'ta ve ikincisine 1456'da sahne oldu. Osmanlı'nın Orta Avrupa'ya ilerlemesine engel teşkil eden Belgrad 1456'da 100.000 Osmanlı askeri tarafından kuşatılmış, Hristiyan komutan János Hunyadi komutasındaki ordular şehri II. Mehmed'e karşı savunmuştur. Bu savaş birçokları tarafından "Hristiyanlığın kaderinin kararı"nı vermiş; Papa III. Callixtus tarafından zafer anısına Hristiyan dünyası boyunca öğle çanı çalınması emredilmiştir.

29 Ağustos 1521 tarihinde kent Osmanlı Padişahı I. Süleyman önderliğindeki Osmanlı kuvvetleri tarafından fethedildi. Şehir bu vesileyle yerle bir oldu ve neredeyse bütün Ortodoks Hristiyan nüfus İstanbul'a, bugün Belgrad ormanları olarak bilinen bölgeye gönderildi. Belgrad bu dönemde Osmanlı Avrupası'nda İstanbul ile birlikte 100.000 nüfusu aşan 2 şehirden biriydi ve bir sancak hâline getirildi. Türk hâkimiyetiyle birlikte Osmanlı mimarisi bölgede ilk eserlerini vermeye başladı, birçok cami inşa edildi ve şehirdeki oryantal etki güçlendirildi. 1594'teki Banat İsyanı Türkler tarafından bastırıldı. Sadrazam Koca Sinan Paşa Vračar Yaylası'ndaki Aziz Sava'nın kalıntılarının ateşe verilmesini emretti ve 20. yüzyılda Aziz Sava Katedrali bunu anmak için inşa edildi.

Kutsal Roma Cermen İmparatorluğu prensleri II. Maximilian, Savoy Prensi Eugen ve mareşal Baron Ernst Gideon von Laudon önderliğinde Habsburg Monarşisi tarafından 1688–1690, 1717–1739, 1789–1791 yılları arasında 3 kez işgal edildi ve her seferinde Osmanlılar tarafından geri alındı. Bu dönem boyunca kent iki büyük göç dalgasından etkilendi. Patrik önderliğindeki yüz binlerce Sırp, Avusturyalılar ile birlikte Habsburg İmparatorluğu sınırları içine çekilerek bugünkü Vojvodina ve Slavonya topraklarına göçtüler.

Birinci Sırp Ayaklanması boyunca Sırp devrimciler kenti 8 Ocak 1807'den 1813'te Osmanlı İmparatorluğu'nun geri almasına kadar ellerinde tuttu. 1815'teki İkinci Sırp Ayaklanması'ndan sonra Sırbistan 1830'da Bâb-ı Âli tarafından yarı bağımsız olarak tanındı. 1841'de Prens III. Mihailo Obrenović, başkenti Kragujevac'tan Belgrad'a taşıdı. Mayıs 1868'de Prens Mihailo kuzeni Anka ile birlikte taşra evine giden parkta arabasına binerken öldürüldü.

1878'de Sırbistan Prensliği'nin tam bağımsızlığına kavuşması ile birlikte ülke 1882'de Sırbistan Krallığı adını aldı ve Belgrad bir kez daha Balkanların anahtar kenti konumuna yükselerek hızla büyüdü. Bununla birlikte Sırbistan koşulları bir tarım ülkesi konumunu korudu ve ülkenin ikici büyük kenti Niş'e bir demiryolu hattı döşenmesine rağmen 1900'da başkentin nüfusu sadece 70.000 kadardı (aynı yıl ülke nüfusu yaklaşık 1,5 milyondu). 1915'e kadar kent nüfusu 80.000'e ulaştı ve I. Dünya Savaşı'nın patlak vermesi ile Avusturya-Macaristan İmparatorluğu yönetimindeki Zemun hariç 100.000'i aştı.

Gavrilo Princip tarafından 28 Haziran 1914'te Saraybosna'da gerçekleştirilen suikast sonucu Avustury