یافته‌های تازه دربارهٔ پیشینهٔ اردبیل نشان از کشف تاریخ ۴۰هزارساله در اردبیل را به اثبات می‌رساند. محوطه شامل بیش از یک‌صد تخته‌سنگ مزین به نقوش صخره‌ای بوده که با بررسی و مطالعهٔ هر یک از آنها زوایای پنهانی از نحوهٔ زندگی و استقرار بشر در این منطقه از کشور نمایان خواهد شد اردبیل تمدنی ۳۰۰۰ساله در حاشیهٔ جادهٔ ابریشم دارد که سابقهٔ تاریخی و باستانی آن را کاروانسراهای بی‌نظیر به جهت نوع معماری و تجمیع هنرهای ظریف ایرانی بیان می‌کند. اردبیل در گذشته گذرگاه کاروان‌های تجاری و نظامی متعددی بوده که زمینهٔ احداث کاروانسراها را فراهم کرده‌است. به‌باورِ کارشناسان وجود کاروانسرا در شهرستان‌های مختلف این استان بیانگر رونق اقتصادی تمامی شهرهای این منطقه در گذشته‌است. از جملهٔ مهم‌ترین کاروانسراهای اردبیل می‌توان به کاروانسرای سنگی صائین در نیر، شاه عباسی شورگل در بیله سوار، عباسی نقدی کندی و قانلی بولاغ در مشگین‌شهر اشاره کرد.
این شهر در زمان حکومت بنی‌امیه مرکز حکومت آذربایجان و در زمان بنی‌عباس مرکز قیام بابک خرمدین بوده‌است. در سال ۶۱۸ هجری مورد حملهٔ مغولان قرار گرفت. در دوران باستان نیز که ایران به چهار ولایت تقسیم شده بود اردبیل مرکز ولایت باختر شامل آذربایجان بوده‌است. اما در زمان تیموریان و صفویان، نهضت تشیع و جنبش‌های سیاسی ایران از این شهر برخاست. اردبیل در زمان صفویان آباد گردید و به اوج اعتبار، عزت، و عظمت خود رسید، اما پس از انقراض این سلسله در پیشامدها و تحولات تاریخی دورهٔ نادرشاه و اوایل قاجار و به‌خصوص با ورود قشون روسیه به ایران و حوادث دوران مشروطیت، از رونق و اهمیت افتاد. پس از پیروزی انقلاب اسلامی ایران، در ۲۴ فروردین ۱۳۷۲ به مرکز استان تبدیل شد.
از آثار تاریخی اردبیل که برخی به دورهٔ پیش از اسلام می‌رسد، می‌توان از دهکدهٔ آتشگاه، شهر هیر، شهریور، و جمعه مسجد اردبیل که در قدیم آتشکده بوده‌است، نام برد. با توجه به این‌که این مسجد، بزرگ‌ترین و قدیمی‌ترین مسجد اردبیل است، یکی از واحدهای آن، کتابخانه بوده‌است.
بسیاری از مؤلفان دورهٔ اسلامی، بنای شهر اردبیل را به فیروز، پادشاه ساسانی نسبت می‌دهند و می‌نویسند که اردبیل به دستور این پادشاه، که در سدهٔ پنجم میلادی می‌زیست، ساخته شده‌است. فردوسی در شاهنامه بنای اردبیل را به پیروز ساسانی نسبت می‌دهد.
اما تاریخ اردبیل خیلی قدیمی‌تر از زمان فیروز ساسانی‌است؛ زیرا که فیروز در سال ۴۵۹ میلادی به سلطنت رسیده‌است و ۳۴ سال قبل از این تاریخ، بهرام پنجم ملقب به بهرام گور در مقابل حملهٔ هیاتله از راه اردبیل به آمل وگرگان و سپس به خراسان رفته و در آن‌جا، خاقان هیاتله را کشته‌است. این موضوع در شاهنامهٔ فردوسی آمده‌است:
