Историята на Виена е дълга и разнообразна. Заселването на територията на днешна Виена започва по време на неолит, с разпространението по Дунав на земеделието и скотовъдството (6-то хилядолетие пр.н.е.), за което Виенската котловина предоставя оптимални условия: плодородни почви, изобилни водни източници и благоприятен климат. Най-значимото доримско селище е това на хълма Леополдсберг, чиято история започва в средата на бронзовия век и завърщва буквално две поколения преди идването на римляните.
Историята на самата Виена като населено място започва в средата на 1 век с началото на строителството на територията на днешния стар град на преден пост на 15-ти римски легион. Той получава името от келтски произход Виндобона. Паралелно с военния лагер започва да се развива и малък град. Археологическите разкопки не потвърждават версията за наличие на територията на днешния стар град на каквото и да било доримско селище.
В началото на 5 век Виндобона преживява голям пожар, а към края на същия век римляните напускат тези места.
Фактът, че в днешно време топографията на центъра на Виена включва в себе си на практик цялата топография на военния лагер Виндобона, говори за това, че непосредствено след изтеглянето на римляните на това място живеят хора, които вероятно намират убежище край запазените тогава стени и използват останалите след римляните материали за построяването на жилища.
Разкопките показват, че през 6 век животът между стените на бившия римски лагер е концентриран в североизточната му част. Освен това селище, на територията на днешна Виена по това време има няколко аварски и славянски селища. Имената на някои от славянските и до днес са запазени в имената на някои от съвременните райони на Виена като Веринг (18) и Дьоблинг (19).
През 9 век дошлите от запад Каролинги построяват в североизточната част на бившия римски лагер неголям замък и съхранилата се и до днешно време църква „Свети Рупрехт“. Броят на домовете все още е малък и селището няма голямо значение. През същия век е първото писмено споменаване наВиена: в старите „Залцбургски анали“, с дата 881 г., е запазен запис за това, че край Вения е имало сражение с унгарците — „… bellum cum ungaris ad Uueniam…“. Все пак няма яснота, дали се има предвид река или град на име Вения. Също така остава неизяснен и изходът на сражението.
Към средата на 12 век Виена става седалище на австрийската херцогска династия Бабенберг. През 1155 г. херцог Хайнрих II построява сграда на площад Ам-Хоф. В периода 1137—1147 г. е построена църква на мястото на днешната катедрала „Свети Стефан“ (съвременната катедрала е построена през 13—15 век). От 1278 г. Виена е твърдина на династията Хабсбург и става център на културата, науката, музиката и изисканата кухня. През 1469 г. император Фридрих III се сдобива от папа Павел II с правото да учреди във Виена епископство (до 1469 г. Австрия духовно е подчинена на епископа на Пасау). Кралство Унгария окупира града между 1485 и 1490 г.
През 1529 г. Виена безуспешно обсадена от турците. При почти двадесеткратно превъзходство на врага, защитниците на града успяват да удържат решителна победа. Тежкото поражение на турската армия полага края на стремителната експанзия на Османската империя в Европа. Век и половина по-късно, през 1683 г., съюзените войски на католическите страни нанасят на турците под стените на Виена още по-съкрушително поражение, след което Османската империя завинаги се отказва от завоевателни походи, и именно след това поражение започва нейния упадък.
През 1679 г. Виена е опустошена от чумна епидемия. Населението на града, тогава около 100 хил. души, намалява с една трета. В памет на избавлението от епидемията, в центъра на града през 1693 г. е издигната Чумната колона. През 1713 г. обаче градът е сполетян от нова чумна вълна. Само в катакомбите под катедралата „Свети Стефан“ са погребани 11 000 жертви на епидемията. За това събитие в историята на града днес напомня величественото здание „Карлскирхе“.
От 16 век Виена става столица на многонационалната държава на австрийските Хабсбурги. От 17 и особено през 18 век е център на многобройната придворна бюрокрация. От 18 век във Виена започва да се развива манифактурна промишленост (текстилно производство и производство на луксозни стоки). Градът се превръща във водещ център на европейската култура, особено на музиката.
През 1805 и 1809 г. Виена на два пъти е заета от войските на Наполеон. През 1805 г., с разпадането на Свещената Римска империя, градът става столица на Австрийската империя, а по-късно на заместилата я Австро-унгарска империя. Играе важна роля в европейската и световна политика — през 1814 г. в града се провежда Виенския конгрес, изменил из основи политическата карта на Европа.
През първата половина на 19 век, с появата на стила Бидермайер, основоположници на който са известни виенски композитори, художници и театрални дейци, градът развива стремително културата и изкуствата. Епохата на стила бидермайера завършва с революцията от 1848 г., в която жителите на града взимат активно участие. В края на 19 век културата, науката и образованието във Виена продължават да процъфтяват. Световна известност получаватВиенския университет и Академията на науките. През 1897 г. представители на виенската бохема създават групата Виенски сецесион, в която влизатКоломан Мозер, Густав Климт и Ото Вагнер.
Към началото на 20 век Виена е един от най-големите градове на Европа с население над 2 млн. души. През 1918 г., след Първата световна война, градът става столица на Първата австрийска република. От Аншлуса (1938) от Нацистка Германия до края на Втората световна война губи статуса си на столица за сметка на Берлин.
През 1945 г. след двуседмична обсада съветските войски навлизат във Виена. След 1945 г. градът отново става столица на Австрия. Първоначално е разделена на 4 зони от Съюзниците-победители. Поради неутралитета на страната става удобна база на международния шпионаж между Източния и Западния блок.
През втората половина на 1950-те години във Виена се разгръща масово строителство, а през 1970—1980-те години е проведена сериозна реконструкция на центъра на града, в резултат на която Виена избягва опасността от брюкселизация. В съвременна Виена се намират седалищата на МАГАТЕ, ЮНИДО и много други международни организации.
