Nằm trên địa bàn giáp ranh giới 2 huyện Hoa Lư, Gia Viễn và thành phố Ninh Bình của tỉnh Ninh Bình, kinh đô Hoa Lư xưa là vùng đất phù sa cổ ven chân núi có con người cư trú từ rất sớm. Các nhà khảo cổ học đã phát hiện trầm tích có xương răng đười ươi và các động vật trên cạn thuộc sơ kỳ đồ đá cũ thuộc nền văn hóa Tràng An và nhiều hang động có di chỉ cư trú của con người các thời kỳ văn hoá Hoà Bình, Bắc Sơn, Đông Sơn và Đa Bút. Quần thể di sản thế giới Tràng An ở Hoa Lư còn lưu giữ nhiều di vật của người tiền sử từ 30.000 năm trước. Thời Hồng Bàng nơi đây thuộc bộ Quân Ninh. Thời An Dương Vương, vùng này thuộc bộ lạc Câu Lậu.
Từ thời thuộc Hán qua Tam Quốc đến thời Nam Bắc triều, vùng cố đô Hoa Lư thuộc huyện Câu Lậu, quận Giao Chỉ. Sang thời thuộc Đường, vùng này thuộc Trường châu.
Trong thời nhà Ngô, vùng này là nơi cát cứ của Đinh Bộ Lĩnh. Ông ly khai đã đẩy lui thành công cuộc tấn công của chính quyền trung ương Cổ Loa năm 951 do 2 anh em Thiên Sách vương Ngô Xương Ngập và Nam Tấn vương Ngô Xương Văn đích thân chỉ huy. Cho tới khi nhà Ngô mất, đây vẫn là vùng cát cứ của Đinh Bộ Lĩnh.
Năm 968, Đinh Bộ Lĩnh dẹp xong loạn 12 sứ quân, lên ngôi hoàng đế và đóng đô ở Hoa Lư, nơi đây trở thành trung tâm chính trị của nước Đại Cồ Việt. Từ năm 968 đến năm 1009, có 6 vị vua (Đinh Tiên Hoàng, Đinh Phế Đế, Lê Đại Hành, Lê Trung Tông, Lê Long Đĩnh, Lý Thái Tổ) thuộc 3 triều đại đóng đô tại đây. Thời kỳ này, Hoa Lư là nơi diễn ra nhiều hoạt động ngoại giao giữa các triều đình nước Đại Cồ Việt với triều đình nhà Bắc Tống (Trung Quốc): thời Đinh 2 lần (năm 973, 975), thời Tiền Lê 10 lần.
Năm 1010, Lý Thái Tổ dời đô về Thăng Long, cho hoàng tử Lý Long Bồ trấn thủ đất này. Từ đó đến thời Trần, vùng này thuộc lộ Trường Yên. Nhà Trần sử dụng thành Nam Trường Yên của cố đô Hoa Lư để làm cứ địa kháng chiến chống quân Mông Nguyên. Vua Trần Thái Tông xây dựng ở Hoa Lư hành cung Vũ Lâm, đền Trần thờ thần Quý Minh và chùa A Nậu. Cung Vũ Lâm là nơi các vua Trần xuất gia tu hành.
Đầu thời Lê sơ, vùng cố đô Hoa Lư nhập vào Thanh Hóa, từ thời Lê Thánh Tông lại tách ra, thuộc phủ Trường Yên, thừa tuyên Sơn Nam.
Qua thời Nam Bắc triều, từ thời Lê trung hưng tới thời Tây Sơn, vùng này thuộc phủ Trường Yên thuộc trấn Thanh Hoa ngoại. Từ cải cách hành chính của vua Minh Mạng nhà Nguyễn năm 1831, vùng này thuộc tỉnh Ninh Bình. Từ ngày 27 tháng 12 năm 1975, tỉnh Ninh Bình hợp nhất với các tỉnh Nam Định và Hà Nam thành tỉnh Hà Nam Ninh rồi lại tái lập ngày 26 tháng 12 năm 1991, vùng cố đô Hoa Lư trở lại thuộc tỉnh Ninh Bình.
