墨尔本的历史可以追溯到 数千年前，当时这片土地上生活着阿卡拉人（Wurundjeri）等原住民族群。他们与土地紧密相连，依赖于狩猎、采集和捕鱼为生。对于欧洲人来说，墨尔本真正的历史始于19世纪早期。1837年，维多利亚州的第一个定居点在现代墨尔本的中央商务区附近建立。墨尔本这个名字是为了纪念当时的英国君主维多利亚女王而取的。墨尔本也因此成为维多利亚州的首府。
1835年以前，墨尔本基本上是没有人居住的。1840年，墨尔本的人口是一万人。1851年，在墨尔本发现了金矿，大量的人从世界各地（主要为美国人）前来墨尔本淘金，包括大量的华工。由于淘金热潮，墨尔本的人口迅速增长，并逐渐成为一个富有的大城市。根据历史记载，1854年，已经达到12万3000人，使藏金极富的美国旧金山（三藩市）黯然失色，故墨尔本又被华人称为新金山，至今当地还有很多华人办的学校、商店、公司名称等是带有「新金山」这个名号的。
墨尔本这个城市曾经有好几个名字，1842年8月12日，墨尔本正式被确立为一个镇。1847年6月25日，当时的英国的维多利亚女王发表制诰，宣告墨尔本市（City of Melbourne）成立，其后成为刚设立的维多利亚州的首府。在澳大利亚联邦初立的1901年至1927年，墨尔本是澳大利亚的首都。1927年，澳大利亚首都迁往堪培拉。
1901年，澳大利亚联邦成立之后，墨尔本已是全国的金融与文化中心，澳大利亚联邦议会的驻地也在墨尔本国会大厦。然而当时新南威尔士州的首府悉尼人口已超越墨尔本，工商业的发展亦高于墨尔本，双城皆力争联邦首都的地位，使定都的问题陷入僵局。为了平衡双城之争，最后澳大利亚在1908年决议将首都设在相当于双城之间的堪培拉。惟迟至1927年，澳大利亚国会才真正从墨尔本迁往堪培拉，结束了澳大利亚长达25年的首都之争。
在1880年代，墨尔本是高度发达的城市，曾被报道为当时全世界最富裕的城市，也是当时大英帝国人口最多的大城市之一。
综上所述，墨尔本的历史可以追溯到数千年前的原住民时代，但作为欧洲殖民城市的历史则始于19世纪早期，至今已有超过180年的历史。