Город Бухара возник в середине 1-го тысячелетия до н. э. На согдийском языке — Нумижкат. Впервые упоминается в китайских летописях 5 века.
Возраст Бухары превышает 2500 лет. С возникновением города связаны различные легенды и предания. В одной из легенд рассказывается, что сын царя Сиявуш прибыл в Бухару, женился на дочери царя Афрасиаба и построил там крепость Арк.
Культурный слой на территории города составляет более 20 м: на такой глубине археологи обнаружили остатки жилых и общественных зданий, посуду и монеты, орудия труда и ювелирные изделия, которые датируются V веком до н. э.
В древности Бухара входила в состав одной из областей Средней Азии — Согда, где уже во времена Александра Македонского была развита градостроительная структура. Существуют различные версии происхождения названия города: по одной версии, слово «Бухара» означает «монастырь» (вихара), по другой — «обитель знания».
В VI веке до н. э. только отстроенный город был захвачен персидской династией Ахеменидов, в 329 году до н. э. — Александром Македонским.
В V веке Бухара вошла в состав государства эфталитов. Между 563—567 годами близ Бухары произошло кровопролитное сражение между эфталитами во главе с Гатифаром и тюрками Истеми-ябгу-кагана. В восьмидневной схватке эфталиты были разбиты.
В 585—586 годах в Бухаре произошло восстание Абруя, которое было подавлено тюркским принцем Иль Арсланом (Шери Кишвар по-персидски).
В 603—658 годах Бухара была одним из согдийских владений, подчинявшихся Западно-тюркскому каганату. Перед арабским нашествием Бухарой управляла династия бухархудатов. В согдийские времена город был известен как Нумижент, позже переименованный по совету монастыря Санскрит в Вихару и стал главным городом Согдианы.
Центром Бухары была крепость Арк, где проживали правители и их приближённые. За её стенами сложился собственно город — «шахристан». Его окружали торгово-ремесленные предместья — «рабад». Через Бухару пролегал Великий шёлковый путь. Здесь было более 60 караван-сараев, где размещались купцы из Индии, Китая, Ирана и других стран. В древности Бухара и её округа была окружена большой оборонительной стеной.
С приходом арабов в VII веке в Бухаре распространился ислам. С этого времени начали возводиться мечети и минареты, медресе и культовые комплексы.
В 709 году Бухара была захвачена арабским полководцем Кутейбой ибн Муслимом.
Расцвет города начался, когда Бухара была избрана столицей государства Саманидов при Исмаиле Самани (892—907), мавзолей которого до сих пор украшает город.
В X веке Бухара стала средоточием высокой культуры. Здесь работали многие учёные, известные всему миру, писатели, художники, такие как историк Наршахи, поэты Рудаки, Дакики, медик и математик, энциклопедист Ибн Сина (Авиценна) и др.
В эпоху тюркской династии Караханидов при правлении Арслан-хана (1102—1130) был построен один из шедевров бухарского зодчества — минарет Калян. В караханидское время в Бухаре по приглашению караханида Шамс аль мулька (1068—1080) некоторое время работал выдающийся поэт и учёный Омар Хайям.
В XII веке Бухарский оазис становится одним из центров суфизма в Центральной Азии. Одним из известных суфиев этого периода был Абдул-Халик Гидждувани.
В начале XIII века Бухара вошла в состав государства Хорезмшахов. В 1206 году в городе произошло восстание во главе с Малик Санджаром. Оно было подавлено войсками хорезмшаха Ала ад-дин Мухаммеда (1200—1220).
В феврале 1220 года Бухара была захвачена войсками Чингисхана, который въехал на коне в соборную мечеть города. Город был ограблен, а жители уведены в плен для помощи монголам в штурме Самарканда.
В 1238 году в Бухаре произошло антимонгольское восстание во главе с ремесленником Махмудом Тараби, которое было жестоко подавлено монголами.
В 1273 году город был беспощадно ограблен и сожжён ордами чингизида Абака-хана.
Во второй половине XIII — первой половине XIV века монгольская знать начинает принимать ислам, а некоторые представители становятся мюридами суфийских шейхов. Среди них был такой известный шейх Бухары, как Сайф ад-дин Бохарзи.
В 1360-х годах в Бухаре под влиянием Хорасана зародилось демократическое движение сербедаров.
В XIV веке в Бухаре и прилегающей к ней области бурно развивается суфийское учение, наиболее известным представителем которого был Бахауддин Накшбанд.
В XIV век - XV веках Бухара была в составе империи Амира Темура и Тимуридов
В период правления Тимура (1370—1405) столицей империи был Самарканд. Тем не менее, в эти годы в Бухаре были построены мечеть Калян и мавзолей Чашмаи Аюб.
При Улугбеке Бухара обогатилась зданием нового медресе (1417). Здесь всё характерно для архитектуры того времени: ясность общего замысла, отличные пропорции, сдержанность декора. В украшении медресе использована мозаика из глазурованных кирпичей.
При правлении узбекской династии Шейбанидов, начиная с воцарения шейбанида Убайдулла-хана (1487—1540), Бухара вновь стала столицей государства, получившего название Бухарское ханство. В эпоху Шейбанидов в Бухаре были построены десятки новых медресе, мечетей, караван-сараев, торговых куполов. Город достиг своего расцвета при правлении шейбанида Абдулла-хан II (1557—1598). Город не выходил за пределы своей крепостной стены, построенной в XVI веке, и при этом вмещал в себя более 200 медресе и множество базаров, на которых можно было купить практически всё.
Свой современный облик город приобрёл во времена династий Шейбанидов и Аштарханидов в XVI—XVII веках, когда были построены большинство из его мечетей и медресе, караван-сараев и бань, крепостных стен и ворот, а также крупные архитектурные ансамбли и усыпальницы. До настоящего времени сохранились стены старинной цитадели, более 140 архитектурных памятников мусульманской эпохи (минарет Пои-Калян XII века, медресе Кукельдаш и Улугбека XI—XVI веков, Ляби-Хауз XVI—XVII веков, мавзолей Исмаила Самани (IX—X веков). В сохранившихся памятниках чётко прослеживаются черты местной самобытной архитектурной школы и мастерство бухарских зодчих.
Бухара считается одним из священных городов суфизма. В городе пребывали многие великие суфийские святые; один из самых почитаемых — Бахауддин Накшбанд, мавзолей которого считается среднеазиатской Меккой. Сюда приезжают верующие из разных мусульманских стран, чтобы попросить исполнения желаний и отвращения грехов.
В первой половине XVIII века Бухара, как и вся страна, оказалась в состоянии экономического кризиса.
В 1740 году город оказался во власти иранского шаха Надир-шаха.
С 1756 года Бухарское ханство называется Бухарским эмиратом. Со второй половины XVIII века Бухара благодаря политике Мухаммад Рахимбийя (1756—1758) и Шахмурада (1785—1800) постепенно выходит из кризисного состояния. В начале XIX века город восстановил свой былой статус центра исламской религии. В Бухаре были восстановлены десятки медресе, в которых учились студенты из разных стран исламского мира.
В 1770-х годах российская императрица Екатерина Великая в знак дружеских отношений выделила 50 тысяч рублей для строительства медресе в Бухаре. Медресе получило название в честь бухарского посла Эрназара эльчи. Оно было разрушено большевиками в 1930-х годах.
В середине XIX века в Бухаре впервые в истории города были установлены городские часы на стене Арка. В годы советской власти они пострадали от штурма 1920 года, а позже были утеряны.
В 1868 году Бухарский эмират попал в вассальную зависимость к Российской империи и получил статус её протектората.
По некоторым оценкам, в 1910 году население Бухары насчитывало 150 тысяч человек. В городе были 364 мечетей, 2 синагоги, более 50 базаров
2 сентября 1920 года РККА во главе с М. В. Фрунзе в результате трёхдневного штурма захватила Бухару. При штурме города были задействованы десять самолётов-бомбардировщиков. Значительная часть города была разрушена. Бухарский эмир Сеид Алим-хан бежал из города и страны в Афганистан. Бухарский эмират прекратил своё существование.
14 сентября были образованы Всебухарский революционный комитет во главе с Абдукадыром Мухитдиновым и Совет народных назиров (комиссаров) во главе с Файзуллой Ходжаевым. 8 октября того же года Бухара стала столицей Бухарской народной советской республики, которая в 1924 году по национальному признаку была разделена между Узбекской ССР, Туркменской ССР и Таджикской АССР.
С 15 января 1938 года является центром Бухарской области Узбекистана.
