Dans la période antique la ville n'est pas mentionnée par le géographe grec Ptolémée d'Alexandrie au iie siècle apr. J.-C., malgré la présence d'une localité nommée Ourkinion dans la Cinarca voisine. Or c'est vraisemblablement à cette époque que la ville d'Ajaccio connut son premier développement. En cette période de prospérité au sein du bassin méditerranéen (la Pax Romana), le besoin d'un véritable port à même d'accueillir de grands bâtiments à l'aval des différentes vallées qui aboutissent dans le golfe se fit probablement sentir (d'importantes découvertes archéologiques sous-marines récentes d'embarcations romaines tendent à le confirmer).
D'autres fouilles menées récemment ont permis la découverte d'importants vestiges paléochrétiens de nature à considérablement réévaluer à la hausse la taille de l'agglomération ajaccienne dans la deuxième partie de l'Antiquité et au début du Moyen Âge. La ville était en tous cas suffisamment notable pour être déjà le siège d'un diocèse, mentionné par le pape Grégoire le Grand en 591. La cité était alors située plus au nord que l'emplacement choisi plus tard par les génois, à l'emplacement des quartiers actuels de Castel Vecchio et Sainte-Lucie.
Époque médiévale et génoise
Il est établi qu'à partir du viiie siècle la ville, à l'instar de la plupart des autres communautés côtières corses, déclina fortement et disparut presque complètement. Néanmoins, on sait qu'un château et une cathédrale étaient toujours en place en 1492 et que cette dernière ne fut démolie qu'en 1748.
À la fin du xve siècle, les Génois désireux d'affirmer leur domination sur le sud de l'île décidèrent de rebâtir la ville d'Ajaccio. Plusieurs sites furent alors considérés : la Pointe de la Parata (non retenue car trop exposée aux vents), l'ancienne ville (considéré finalement comme insalubre à cause de la proximité de l'étang des Salines), enfin la Punta della Lechia sur laquelle le choix a été arrêté. Les travaux débutèrent le . La ville se développa rapidement et devint le chef-lieu de la province du Delà Des Monts (plus ou moins l'actuelle Corse-du-Sud), Bastia demeurant le chef-lieu de l'île entière.
D'abord une colonie peuplée exclusivement de Génois, la ville s'ouvre lentement aux Corses, même si pratiquement jusqu'à la conquête française, les Ajacciens légalement citoyens de Gênes, se distingueront très volontiers des paesani insulaires, ces derniers habitant principalement le Borgu, faubourg à l'extérieur des remparts de la cité (l'actuelle rue Fesch en était l'artère principale).
Temps modernes
En 1553 de Thermes prit Ajaccio où il établit son domicile et le quartier général. Pour défendre la place, « il fit construire la citadelle dont il la sépara par un fossé taillé presque entièrement dans le roc, et qui reçoit l’eau de la mer ; il fit aussi construire plusieurs autres morceaux de fortifications, entre autres le bastion qui flanque les deux côtés de la ville, vis-à-vis des montagnes et du couvent de S. François. - Goury De Champgrand in Histoire de l'isle de Corse - 1749, p. 35 ». Ajaccio fut occupée par les Français jusqu'en 1559.
La grande révolte des Corses contre Gênes (1729-1769)
En 1731, les rebelles étaient quasi maîtres de toute l'île. Les Génois ne pouvant maîtriser la rébellion, des troupes impériales, 4 000 hommes sous les ordres du baron de Wachtendonk, sont envoyées en Corse. Il ne restait plus aux Génois que Bastia, Calvi & Ajaccio. Peu après, 2 000 hommes sous les ordres du Prince Louis de Wurtemberg sont envoyés en renfort. Durant deux années, les Allemands ruinèrent l'île sans pouvoir obtenir des habitants leur soumission aux Génois.
Le , la Corse paraissant entièrement pacifiée, les troupes impériales évacuèrent l'île.
Début 1734, le feu se ralluma plus fortement que jamais et embrasa toute l'île.
Le à Fontainebleau, une convention est signée entre la France et Gênes pour l'envoi de troupes en Corse.
En 1739, de nombreux habitants venus à l'obéissance, rendent une grande quantité d'armes entre les mains du commandant de la frégate « la Flore » qui était dans le golfe d'Ajaccio, ou à des officiers particuliers que Maillebois avait envoyés dans cette place un mois auparavant.
En même temps, pendant les mois de juillet et d'août, de grands travaux sont effectués pour faciliter la communication entre Corte et Ajaccio, « ces deux parties de l'île étant séparées par des montagnes affreuses & presque impraticables, pour traverser ce que l'on appelle le Foci di Bogognano qui est un chemin de quatre lieues environ, où l’on ne pouvait pénétrer qu'au travers de grands bois et des montagnes couvertes de neige la plus grande partie de l'année. - Jean F. De Champgrand in Histoire de l'isle de Corse - 1749, p. 97. »
Dans son ouvrage, l'historien contemporain Goury De Champgrand qui dit avoir demeuré deux ans à Ajaccio, écrit : « la ville est très petite, & qu’outre trois bataillons français qui y étaient en garnison avec environ 600 Génois & près de 900 Grecs, hommes, femmes & enfants, il y avait plusieurs familles des villages circonvoisins qui s'y étaient réfugiées après la ruine de leurs maisons pendant la rébellion, ce qui faisait que les trois quarts de la ville gens pauvres & misérables, étaient les uns sur les autres ; j’ai vu dans ces temps-là en plusieurs endroits différents cinq & six ménages dans une même chambre avec tous leurs enfants. »
Le rattachement à la France
La Corse passa définitivement à la France en 1769 : après avoir vaincu l'armée royale à Borgo en octobre 1768, les patriotes de Pascal Paoli sont écrasés en à Ponte-Novu.
La ville fut imaginée par Napoléon Ier, qui en était originaire, le chef-lieu de l'unique département de l'île au détriment de Bastia. C'est au cours des xixe et xxe siècles qu'Ajaccio rattrapa son retard sur cette dernière et devint la ville la plus peuplée de l'île.
Au xixe siècle, Ajaccio est une station d'hivernage très prisée de la haute société de l'époque, particulièrement anglaise, à l'instar de Monaco, Cannes, Nice. Une église anglicane fut même bâtie.
Le premier bagne pour enfants de France fut construit à Ajaccio en 1855 : la colonie horticole de Saint Antoine. C'était une colonie correctionnelle pour jeunes délinquants, (de 8 à 20 ans) établie en vertu de l'article 10 de la loi du . Près de 1200 enfants venus de toute la France y séjournèrent jusqu'en 1866, date de sa fermeture. Cent soixante d'entre eux y périrent, victimes des conditions sanitaires déplorables et de la malaria qui infestait les zones insalubres, qu'ils étaient chargés d'assainir.
En 1862, Ajaccio cède une partie de son territoire, conjointement avec Alata, pour former la nouvelle commune de Villanova.