Гамбург являлся одним из первых городов, вошедших в Ганзейский союз, возникший в Средневековой Северной Европе. В связи с этим, город стал важнейшим портом на Северном море, а также перевалочным пунктом при перевозке зерна, мехов, рыбы, тканей, леса и прочих ценных товаров. Гамбург особенно активно развивался в Средние века, когда возросло стратегическое значение реки Эльбы, ставшей важнейшей транспортной артерией в Европе. 7 мая 1189 года император Фридрих I Барбаросса даровал городу значительные торговые привилегии, сыгравшие большую роль в строительстве и развитии гамбургского порта. В связи с привилегиями городу позволялось собирать таможенные пошлины с товаров, перевозимых по Эльбе. Это событие имело большое значение для жителей города, поэтому этот день и сейчас празднуется как «день рождения гамбургского порта» (Hafengeburtstag).

В начале XVI века Гамбург получил звание «свободного города», что дало городу возможность не зависеть от имперской власти и перейти на самоуправление. Дальнейшее развитие города было связано с открытием Америки. Именно в это время Гамбург стал одним из важнейших портов в мире. Однако немного позже стали возникать некоторые сложности из-за конкуренции с датским городом Альтона, который являлся ближайшим портовым соседом Гамбурга и принадлежал датскому королевству.

Суверенитет Гамбурга был нарушен вторжением наполеоновских войск в 1806 году. Город был вынужден присоединиться к Французской империи. Оккупация французскими войсками продлилась до 1814 года, и за это время Гамбург стал членом Германской федерации.

В 1871 году Гамбург стал членом образовавшейся Германской империи. Тогда же он был провозглашен главными «морскими воротами в мир». Через Гамбург стало проходить около половины германского импорта и экспорта, и город стал одним из основных промышленных центров страны. В 1895 году был открыт Кильский канал, и это дало городу прямую связь с Балтийским морем, что ещё больше укрепило за Гамбургом статус важнейшего порта.

Средневековые границы города сохранялись вплоть до середины XIX века. Однако, благодаря бурному развитию промышленности, с 1860 года Гамбург стал расширяться, присоединяя близлежащие населенные пункты. Уже к началу XX века население города превысило 1 миллион жителей. Принятый в 1937 году «закон о Большом Гамбурге» окончательно определил рамки города, сохранившиеся и до нынешних дней.

Город не раз подвергался восстаниям и налетам. Так, например, в 1923 году в Гамбурге произошло крупное восстание коммунистов под предводительством Эрнста Тельмана. В годы Второй мировой войны на город часто совершались авианалёты со стороны англо-американской авиации. Летом 1943 года, во время проведения операции «Гоморра» в ходе бомбардировок и последующего пожара в Гамбурге было убито более 50 тысяч жителей, а также была разрушена внушительная часть городских построек.