根据放射性碳年代测定法，澳大利亚原住民在悉尼地区居住已至少有三万年历史。在1787年英国人抵达之前，当地尚住着4000-8000个来自超过29个部落的原住民。悉尼地区流行着三种不同的部落语言，分别是塔鲁尔语（Darug），塔尔瓦斯语（Dharawal）和顾林凯语（Guringai）。这些部落拥有各自的领土，因此领土的选址决定了资源的多寡。虽然在后来都市化的过程中大部分的部落遗址（如贝冢）被摧毁，但悉尼几个地点仍保存有石刻。
自1770年英国海军上尉詹姆斯·库克（James Cook）发现了悉尼的植物学湾（Botany Bay）后，欧洲随之对澳大利亚产生了兴趣。在英国政府的命令下，英国第一舰队船长亚瑟·菲利浦（Arthur Phillip）1788年于杰克森港（Port Jackson）的悉尼湾建立了罪犯流放地。同年2月7日，他以时任英国内政大臣汤马斯·汤森，悉尼勋爵（Thomas Townshend,Lord Sydney）之名来命名该地，以褒奖他建立该流放地所作出的贡献。
1789年4月，一场疾病，据信是天花，夺去悉尼不少原住民的生命；保守估计，500-1000个原住民死于布罗肯湾（Broken Bay）和植物学湾之间的地区，顾林凯和塔鲁尔两族亦受到感染。同时，英国的殖民遇到顽强的阻力，当中尤以勇士领袖Pemulwuy为首，在植物学湾附近的地区发动抗争最为著名；霍克斯堡河（Hawkesbury River）附近也时常爆发冲突。至1820年为止，悉尼地区只剩下数百个原住民。麦觉理总督（Governor Macquarie）则进一步把原住民“开化、基督教化及教化”，使他们离开部落。
首次的淘金热始于1851年，悉尼的港口涌入来自世界各地的人潮。19世纪末，随着蒸气动力电车和铁路系统的问世，城区的发展更加迅速。由于工业化所带来的便捷，使悉尼人口迅速膨胀，在20世纪前夕，悉尼的人口已经超过100万。1932年悉尼港湾大桥的落成，可说是该时期的重大纪事之一。
