A város környéke már az ősidők óta lakott volt. A honfoglalás után a város névadójának, Gyulának volt itt a szálláshelye. Gyula az itt fellelhető, római romokon várat emeltetett. Annak kapujára szögezték ki a lázadó Koppány felnégyelt testének egy darabját. 1009-ben Szent István király megalapította az erdélyi püspökséget, és a gyulafehérvári várban székesegyházat és püspöki palotát építtetett. Ezt a székesegyházat először az 1241-ben Erdélyre törő tatárok, majd 1277-ben a fellázadt szászok pusztították el. A templomot hamarosan újjáépítették, de a város fejlődése annyira megtorpant, hogy Mátyás király 1469-ben a vár lerombolását és az árkok betömését is megparancsolta. Az erődítmény újjáépítését Ulászló király rendelte el 1516-ban. Buda eleste után, Izabella királynő udvarával együtt Gyulafehérvárra költözött. Ez új lendületet adott a város és a vár fejlődésének. A várost Martinuzzi György 1550-ben már eredménytelenül ostromolta. De később kapui ellenállás nélkül nyíltak meg Mihály, havasalföldi vajda, majd Székely Mózes seregei előtt. A város 1614-től Bethlen Gábor fejedelem székhelye lett. A fejedelem jelentős erődítési munkálatokat végeztetett. Ő építtette a délnyugati és a délkeleti sarokbástyákat, amelyek napjainkig is fennmaradtak. A fejedelmi korban az erdélyi főnemesek gyakran saját lakóházakat építettek a várban, azokban szálltak meg az országgyűlések alkalmával. A törökök 1658 szeptemberében elfoglalták és annyira feldúlták Gyulafehérvárt, hogy a háborús idők lecsendesedése után Apafi Mihály fejedelemnek Fogarasra kellett költöztetnie a fejedelmi udvart. 1704-ben nyílt meg Gyulafehérváron az utolsó, fejedelemválasztó gyűlés, amelyen II. Rákóczi Ferencet fogadták el fejedelemként. A Habsburg adminisztráció 1715-ben visszaállította a korábban megszüntetett katolikus püspökséget, és ugyanabban az évben III. Károly császár parancsára elkezdték az úgynevezett Vauban [ejtsd: Voban] rendszerű csillagerőd építését, amelyet 1738-ban fejeztek be. Ez a mérnöki pontossággal megszerkesztett, hétbástyás vár a maga nemében a történelmi Erdély egyetlen, ilyen jellegű erődítménye. Egykori hadászati szerepét mi sem bizonyítja jobban, hogy az 1848-1849-es szabadságharc idején az osztrákok által megszállt várat a magyar seregek hosszantartó ostrom árán sem tudták bevenni. A székesegyház Erdély legmonumentálisabb épülete. A mellette emelkedő püspöki palota pedig magán viseli az elmúlt korok stílusjegyeit. 1918. december 1-jén itt tartották a románok azt a nemzetgyűlést, amelyen elfogadták Erdély egyesülését a Román Királysággal. Az ortodox székesegyházban koronázták román királlyá 1922-ben I. Ferdinándot és feleségét.