Στη θέση της σύγχρονης πόλης των Χανίων κατά τα μινωικά και αργότερα κατά τα ιστορικά χρόνια αναπτύχθηκε μια από τις σπουδαιότερες και πιο ισχυρές πόλεις της Δυτικής Κρήτης, η Κυδωνία, η οποία όπως αναφέρει ο μύθος ήταν μια από τις τρεις πόλεις που ίδρυσε ο Μίνωας στη Κρήτη. Ο μύθος αναφέρει επίσης τον Κύδωνα, γιο του Απόλλωνα και της Ακαλλίδας, κόρης του Μίνωα, ως ήρωά της.
Κατά τους πρώτους αιώνες της μινωικής εποχής (2800 – 2100 π.Χ.) στη περιοχή των Χανίων ακμάζει ο πιο σημαντικός πρωτομινωικός οικισμός της Δυτικής Κρήτης, το κέντρο του οποίου βρίσκεται στο σημερινό λόφο Καστέλλι, πάνω από το ενετικό λιμάνι. Η θέση του δίπλα στη θάλασσα καθώς και η πλούσια ενδοχώρα που τον περιβάλλει, ευνοούν στην ανάπτυξη της γεωργίας, της κτηνοτροφίας αλλά και της αλιείας και του εμπορίου.
Ο οικισμός αναπτύσσεται και τους επόμενους αιώνες για να γνωρίσει τη μεγαλύτερη ακμή του κατά τη μινωική εποχή, στα Νεοανακτορικά και Μετανακτορικά χρόνια (1700 – 1100 π.Χ.). Ευρήματα από αυτή τη περίοδο, όπως οι πινακίδες της Γραμμικής Α και Β, οι «τάφοι των πολεμιστών» και η δεξαμενή των καθαρμών που ανασκάφηκε στη συνοικία Σπλάντζια υποδηλώνουν συγκεντρωτική διοικητική οργάνωση και ανακτορική εγκατάσταση.
Η περιοχή των Χανίων κατά τη περίοδο αυτή υπήρξε το κέντρο ενός σημαντικού υπερπόντιου εμπορικού δικτύου, καθώς η μυκηναϊκή παρουσία στη Δυτική Κρήτη γινόταν ολοένα και πιο έντονη και εκδηλώνεται στην αρχιτεκτονική, τη κεραμική και τη μικροτεχνία. Η πόλη της υστερομινωικής περιόδου παρουσιάζει οργανωμένο πολεοδομικό σχέδιο, με επιμελημένες κατασκευές, αποχετευτικό δίκτυο και πολυτελείς κατοικίες με ανακτορικά στοιχεία.
Κατά τα ιστορικά χρόνια η Κυδωνία είναι μια από τις πρώτες και πιο ισχυρές πόλεις-κράτη της Δυτικής Κρήτης. Ιστορικά αναφέρεται πως αποικίστηκε από Σάμιους κατά το 524 π.Χ. και αργότερα από Αιγινήτες, ενώ κατά το 429 π.Χ. δέχτηκε την επίθεση του Αθηναϊκού στόλου. Η επικράτειά της εκτείνονταν από το ακρωτήρι Σπάθα στα δυτικά μέχρι το ακρωτήρι Μελέχας στη Χερσόνησο του Ακρωτηρίου στα ανατολικά και μέχρι τους πρόποδες των Λευκών Ορέων και την επικράτεια της Απτέρας στα νότια.
Σχεδόν πάντα βρισκόταν σε εμπόλεμη κατάσταση με τις γειτονικές της πόλεις Φαλάσαρνα, Πολυρρήνια, Έλυρο και Άπτερα για τη κυριαρχία στην ευρύτερη περιοχή, ενώ όταν η δύο μεγαλύτερες κρητικές πόλεις, η Κνωσός και η Γόρτυνα βρισκόταν σε διαμάχη, η Κυδωνία έδινε την υπεροχή σε αυτήν που επέβαλαν τα συμφέροντά της.
Κατά το 74 π.Χ. οι Ρωμαίοι προσπάθησαν να κατακτήσουν τη Κρήτη υπό το Μάρκο Αντώνιο, οι Κρητικοί όμως αντιστάθηκαν και καταναυμάχησαν το Ρωμαϊκό στόλο έξω από την Κυδωνία. Τελικά το 69 π.Χ. ο Κόντιος Μέτελλος, αποβιβάστηκε στο κόλπο της Κυδωνίας με τρεις λεγεώνες και μετά από πολιορκία κατέλαβε τη Κυδωνία και σταδιακά την υπόλοιπη Κρήτη. Κατά τη διάρκεια της Ρωμαϊκής περιόδου η Κυδωνία αναπτύχθηκε σε ένα από τα πιο σημαντικά κέντρα ολόκληρης της Κρήτης, ενώ παρέμεινε ελεύθερη πόλη λόγω της φιλικής της στάσης προς τους Ρωμαίους. Χαρακτηριστικά αναφέρεται πως το ρωμαϊκό θέατρο της αρχαίας Κυδωνίας σωζόταν μέχρι και το 1585.
Από την Μινωική και την Κυδωνία των ιστορικών χρόνων έχουν ανασκαφεί ορισμένες μόνο περιοχές, η σημαντικότερη των οποίων είναι ο λόφος Καστέλι πάνω από το ενετικό λιμάνι, ενώ η υπόλοιπη παραμένει θαμμένη κάτω από τη σύγχρονη πόλη των Χανίων.
Από τη Ρωμαϊκή πόλη, έχουν ανασκαφτεί οικοδομήματα με ψηφιδωτά δάπεδα στην πλατεία Νέων Καταστημάτων τα οποία εκτίθενται στο Αρχαιολογικό Μουσείο Χανίων.
