历史上，今天的西安和咸阳同属一个城市。从古时长安与咸阳的关系可见一斑。西安和咸阳是中国地理距离最近的两个城市，两市相距25公里。同时西安市的绕城高速公路已修至咸阳市境内，机场从原西安桃园迁至咸阳。2006年9月，咸阳区号并入西安，与西安共同使用029区号。西咸一体化正在进程中。
  秦：都城咸阳。阿房宫大部分面积在今西安市境内，兵马俑和秦陵在今西安市境内。秦的宗庙在渭河南岸，荆轲刺秦王，就发生在秦章台宫（后来的汉未央宫前殿）；廉颇蔺相如，秦王坐章台。秦代宫殿布局还没有形成宫城、皇城和三大殿的布局。秦咸阳城地跨渭河南北。
  汉：都城长安。汉长安是在秦咸阳遗址基础上建立起来的，《史记》：“汉长安，秦咸阳也”，张衡《西京赋》云：西汉长安“乃览秦制，跨周法”，《三辅黄图·序》也云：“武昭，治咸阳，因以汉都”。《旧唐书地理志》说：“京师，故秦之咸阳，汉之长安也。”秦咸阳从惠文王以后，就不断向南扩展，在渭河以南修建了章台、兴乐宫、甘泉宫、信宫、阿房宫及七庙等建筑。刘邦夺得天下后，经娄敬、张良等的劝说，建都长安。修缮秦的兴乐宫而改为长乐宫，在秦章台基础上建未央宫。即汉长安城是在秦都咸阳基础上建立的，说明在都城选址上是汉承秦制的。汉朝宫阙均在今西安市汉城保护区内，位于北二环以北，而汉代的武帝文帝景帝陵墓，在今咸阳市境内。
  
  唐：都城长安。宫城完全与今西安市重合，皇宫与今西安市明城墙重合。唐代帝王陵，如昭陵、乾陵等则大部分在今咸阳市境内。而在唐代，唐十八陵全部在京兆府的辖县内，乾陵是京兆府奉天县。
  中华人民共和国：西安和咸阳在1966—1971年为同一城市，1971年划为两市，西安为副省级，咸阳为地级。