Место расположения Астаны — стратегически выгодный пункт пересечения караванных путей, издревле привлекавший жителей Степи. Здесь археологическими исследованиями были найдены свидетельства заселения, датируемые разными эпохами, начиная с эпохи бронзы. Одним из главных исторических объектов, находящихся в черте города, является городище Бозок — памятник, функционировавший начиная с эпохи раннего Средневековья (VII—VIII вв.) до эпохи Казахского ханства (XV—XVI вв.).
В 1829 жители, старшины и султаны Карпыковской, Алтаевской и Кувандыкской волостей обратились к русским властям с просьбой открытия намеченного внешнего округа, так как на них совершали набеги кокандцы. Так же они попросили доверить это дело Федору Шубинову, которого они знали как честного и благородного человека. Западно-Сибирский губернатор Вельяминов просьбу удовлетворил, сочтя нужным открыть «четвёртый округ под названием Акмолинского, который, получив твердое основание и имея положение впереди прочих округов, будет защитою почти всех верноподданных волостей»
В 1830 году полковником Фёдором Кузьмичом Шубиным-вторым(участником бородинского сражения) был основан казачий форпост Акмола.
К XIX веку крепость стала городом, важным геополитическим центром региона, фактически центром всего округа.
В 1961 году Акмолинск был переименован в Целиноград.
В 1992 году Целиноград снова переименовали в Акмолу, что в переводе с казахского языка означает “Белая Могила”. Это объясняется тем, что в 20 километрах от города находится одноимённое урочище, на вершине белого известнякового холма которого имеется могила местного бия.
6 мая 1998 г. Указом Президента Казахстана, «учитывая ходатайства местных исполнительных и представительных органов, пожелания общественности города Акмолы и на основании заключения Государственной ономастической комиссии при Правительстве Республики Казахстан», город Акмола был переименован в город Астана. Само слово Астана переводится с казахского я зыка “столица”.
Официально Акмола была объявлена столицей 10 декабря 1997 года. Международное представление Акмолы в качестве новой столицы состоялось 10 июня 1998 года, но день столицы Астаны был перенесен на 6 июля, на день, когда родился первый президент Республики Казахстан — Нурсултан Назарбаев.
В 1999 году Астана по решению ЮНЕСКО получила звание «город мира».