La fecha tradicional de la fundación de la ciudad es el día 27 de octubre del año 1275, cuando a sus habitantes se les retiró la obligación de pagar peajes, que por entonces estaban asociados con los puentes neerlandeses. En el año 1300 se le concedieron los derechos oficiales de ciudad, y a partir del siglo XIV Ámsterdam empezó a florecer como centro comercial, mayoritariamente a base del comercio con otras ciudades neerlandesas y alemanas, conocidas como la Liga Hanseática.
En el siglo XVI, comenzó el conflicto entre los neerlandeses y Felipe II de España. Esta confrontación causó una guerra que duró 80 años, y que finalmente le dio a los Países Bajos su independencia. Ya por esa época, después de la ruptura con España, la república neerlandesa iba ganando fama por su tolerancia con respecto a las religiones. Entre otros, buscaban refugio en Ámsterdam judíos sefardíes de Portugal y España, comerciantes de Amberes, y hugonotes de Francia, que en sus países eran perseguidos por su religión.
El siglo XVII se considera el Siglo de Oro de Ámsterdam. A principios de ese siglo, Ámsterdam se convirtió en una de las ciudades más ricas del mundo. Desde su puerto, salían embarcaciones hacia el mar Báltico, Norteamérica, África y las tierras que ahora representan Indonesia y Brasil. De esta forma fue creada la base de una red comercial mundial. Los comerciantes de Ámsterdam poseían la mayor parte de la Compañía Holandesa de las Indias Orientales o VOC. Esta organización se instaló en los países que luego pasarían a ser colonias de Holanda. En esa época Ámsterdam era el principal puerto comercial de Europa y el centro financiero más grande del mundo. La Bolsa de Ámsterdam fue la primera que funcionó a diario.
La población de la ciudad creció ligeramente de 10.000 en el año 1500, a 30.000 alrededor del año 1570. En el año 1700 este número ya había alcanzado 200.000. Durante los siglos XVIII y XIX y hasta antes de la Primera y Segunda Guerra Mundial, el número de habitantes incrementó a no menos de un 300%, alcanzando los 800.000 habitantes. A partir de entonces, y hasta la actualidad, el número ha sido relativamente constante.
Tras las guerras entre la república de Holanda y el Reino Unido y Francia, durante el siglo XVIII y a principios del siglo XIX, la prosperidad de Ámsterdam dejó de florecer. Sobre todo las Guerras Napoleónicas arrebataron las fortunas de Ámsterdam. Pese a ello, cuando se estableció oficialmente el Reino de los Países Bajos en el año 1815, la situación empezó a mejorar. En este período una de las personas clave de las nuevas iniciativas fue Samuel Sarphati, un médico y planificador urbano, que trajo su inspiración desde París.
Las últimas décadas del siglo XIX se suelen denominar como el «segundo Siglo de Oro de Ámsterdam», porque entre otros, se construyeron nuevos museos, una estación de tren y el Concertgebouw, que es el teatro musical de la ciudad. En el mismo período llegó a la ciudad la Revolución industrial. Se construyeron nuevos canales y vías marítimas para así mejorar la conexión entre Ámsterdam y el resto de Europa.
Justo antes de que empezara la Primera Guerra Mundial, la ciudad se comenzó a expandir, construyendo nuevos barrios residenciales y en las afueras. Durante la Primera Guerra Mundial, Holanda tomó una posición neutral, pero aun así la población sufrió mucha hambre y una grave falta de suministro de gas.
Alemania invadió Países Bajos el día 10 de mayo de 1940, tomando el control del país después de cinco días de lucha. Los alemanes instalaron un gobierno civil nazi en Ámsterdam, que se encargaba de la persecución de los judíos. También los neerlandeses que ayudaban y protegían a las víctimas, fueron perseguidos. Más de 100.000 judíos fueron deportados a campos de concentración. Entre ellos se encontraba Anne Frank. Solo 5.000 judíos sobrevivieron la guerra. Durante los últimos meses de la guerra, en 1945, la comunicación con el resto del país se cortó y la población sufrió una grave escasez de comida y energía. Muchos habitantes de Ámsterdam tuvieron que ir al campo en búsqueda de algún tipo de alimentación. Para sobrevivir, se consumieron perros, gatos o los bulbos de las flores. Muchos árboles de Ámsterdam se usaron para obtener energía, igual que la madera de las casas de los que habían desaparecido.