西周為西戎嬴姓族居地。
春秋初屬秦國。
戰國為秦隴西郡。
西漢中期析隴西郡置天水郡，屬涼州刺史部。
天水一名，據《元和郡縣圖志》記載：“郡前有湖水，冬夏無增減，取天水名，由此湖也”。
東漢永平十七年（74）改天水郡為漢陽郡，移治冀縣。
三國為魏雍州天水、廣魏、南安郡地，廣魏郡治臨渭縣;西晉改廣魏郡為略陽郡，俱屬秦州（治冀縣）。
北魏秦州、天水郡移治上縣，略陽郡移治隴城縣。
西魏為秦州天水郡，北秦州清水、安陽郡，渭州隴西郡地；北秦州、安陽郡治安陽縣，清水郡治清水縣。
北周改北秦州為交州。
隋開皇三年（583）罷郡，改交州為紀州，改治長川縣。
秦州治上縣。
大業三年（607）改秦州為天水郡、渭州為隴西郡，罷紀州。
唐武德二年（619）改郡為州，為秦州、渭州地。
天寶元年（742）改州為郡，為天水、隴西郡地，屬隴右道。
安史之亂后為吐蕃占據。
北宋為秦州、鞏州地，屬秦鳳路，秦州治成紀縣。
金為鳳翔路秦州、臨洮路鞏州地。
元為陜西行省秦州、鞏昌路。
明為陜西省鞏昌府。
清為甘肅省秦州、鞏昌府地。
1913為隴南道，后為渭川道，治天水縣。
1927年廢道。
1936年置第四行政督察區，治天水縣。
1949年改為天水專區，專員公署駐天水縣，轄天水、秦安、清水、甘谷、武山、徽縣、兩當、通渭等8縣。
1950年以天水縣城關區設天水市；將岷縣專區隴西、漳縣和平涼專區莊浪并入。
天水專署改駐天水市。
1953年升天水市為省轄市，由天水專區代管；以清水、秦安、莊浪及陜西省隴縣各一部分地設張家川回族自治區，1955年改張家川回族自治區為自治縣。
1956年將隴西、通渭縣劃歸定西專區，莊浪縣劃歸平涼專區，將武都專區的禮縣、西和、成縣并入天水專區。
1958年撤銷天水縣，并入天水市；將武都專區所轄武都、宕昌、康縣、文縣、岷縣并入天水專區；后又將岷縣劃歸定西專區。
1961年將武都縣、文縣劃歸武都專區。
1963年臨洮專區漳縣劃入天水專區。
1969年改天水專區為天水地區。
1985年7月8日撤銷天水地區，升天水市為省轄市，原天水市改秦城區、天水縣改北道區；將兩當、西和、禮縣、徽縣劃歸隴南地區，漳縣劃歸定西地區。