בשונה מתקופות קדומות יותר, תקופה זו עשירה בתעודות כתובות המספרות לנו על הנעשה במרחב הסובב אותנו. יש שהציעו לזהות בתקופה זו את הריאליה של סיפורי האבות, שבהם נזכרת ירושלים כעירו של מלכיצדק מלך שלם, ומכאן הכינוי שניתן לתקופה זו: "תקופת האבות".
בתקופת הברונזה התיכונה אנו עדים למעורבות מצרית בנעשה בארץ כנען ולחדירת שבטים מסוריה של ימינו. בכנען החלו שוב לבנות ערים – כמו דן, מגידו, שכם ועוד – לאחר הפסקה בת מאות שנים. באזורים שונים היו "ערי מדינה" דומיננטיות שמלכיהן שלטו בתחומי העיר ובשטח הסובב אותה.

מעורבותה של מצרים בנעשה בכנען הלכה וגברה בתקופה זו, ובמאה ה-15 לפסה"נ יצא פרעה תחותמס השלישי למסע מלחמה בארץ. בתקופה זו כמעט ולא נבנו ביצורים חדשים בכנען, והארץ נטלה חלק פעיל במסחר אינטנסיבי שהתקיים בכל האגן המזרחי של הים התיכון. בעבר הציעו לתארך את התנחלות בני ישראל באזורים שונים בארץ לסוף תקופה זו ומכאן השם "תקופת ההתנחלות", המתייחס לחלקה האחרון של התקופה.

באמצע המאה ה-14 לפסה"נ נזכרה ירושלים בפעם השנייה בתולדותיה, שוב במצרים, בטקסטים שאינם מקראיים. ירושלים הייתה מעורבת במאבקים פנימיים בין המושלים של המרכזים העירוניים האחרים, שיצרו קואליציה נגדה.

הממצא הארכיאולוגי מתקופה זו בעיר דוד ובסביבתה הוא דל ביותר. עם זאת, התגלו ממצאים שמתוארכים לשלהי התקופה, כדוגמת קברים שנמצאו בהר הזיתים וממצאים נוספים שאותרו בשכונת נחלת אחים הסמוכה לשוק מחנה יהודה, ועוד. לדעת פרופ' גבריאל ברקאי אף עמד מקדש מצרי באזור שמצפון לשער שכם של ימינו.

קרא עוד

לפי התיאור המקראי, בימי הבית הראשון קמה הממלכה המאוחדת בראשותו של המלך דוד ואחריו בנו שלמה. ייסודה של הממלכה היה כרוך במאבקים קשים נגד עמי האזור –  כדוגמת הפלישתים, הארמים, האדומים, העמונים והמואבים – ויצירת בריתות וקשרים מדיניים עם הפניקים וממלכת גשור הצפונית.

החוקרים חלוקים בדעותיהם אודות אופייה גודלה והריאליה של ממלכה זו. המקרא מספר שבירתה של ממלכת דוד ושלמה הייתה ירושלים, שהפכה לראשונה בהיסטוריה לבירת ממלכה כלשהי. דוד העלה את ארון הברית לירושלים ובנו שלמה בנה בה את בית המקדש, ובכך הושלם המהפך בתולדות העיר שהפכה מעתה גם לבירתו הרוחנית והדתית של העם היהודי.

מעשים אלה קבעו את חשיבותה וגורלה של ירושלים במהלך 3,000 השנים שבאו לאחריהם. בירושלים נכתבו פרקי מקרא רבים ופעלו בה, בימי בית ראשון, גדולי הנביאים כישעיהו וירמיהו.

פולחן אלוהי ישראל יוחד למקדש בירושלים, אך העדות המקראית, כמו גם העדות הארכיאולוגית, מלמדת על קיומם של אתרי פולחן ישראליים באתרים נוספים בארץ. בסופו של דבר נדחקו אתרים אלה מפני המקדש בירושלים, בעקבות רפורמות שנעשו בימי מלכים כגון חזקיהו ויאשיהו.

בימי רחבעם בנו של שלמה התפלגה הממלכה: ירושלים נותרה בירת ממלכת יהודה הקטנה במרכז הארץ ובדרומה, ומלכו בה מלכים משושלת בית דוד לאורך מאות השנים הבאות. ממלכת ישראל הצפונית הגדולה והחזקה יותר נשלטה על ידי שושלות מתחלפות בערי בירה שונות, שהחשובה שבהן הייתה שומרון.

ממלכת יהודה שמרדה בסנחריב מלך אשור בימי חזקיהו ניצלה אמנם מהשמדה, אך נותרה תחת שליטה אשורית בדורות הבאים. גבולותיה העירוניים של ירושלים נשארו פחות או יותר קבועים, והעיר כללה את הר הבית, עיר דוד והגבעה המערבית. בסוף המאה ה-7 לפסה"נ, בימי יאשיהו, נכד חזקיהו, שהמשיך את רוח הרפורמות הדתיות של סבו, נקלעה יהודה למאבק גיאופוליטי בין מצרים, אשור והכוח העולה – בבל. בסופו של מאבק זה תפסה האימפריה הבבלית את מקומה של אשור כמעצמה אזורית וגם ירושלים באה תחת עול הבבלים.

בזמן הקצר שנותר עד חורבנה של ירושלים בידי הבבלים ניסו מלכי יהודה, יהואחז, יהויקים, יהויכין וצדקיהו לתמרן בין שני הכוחות האדירים שחבקו את יהודה: מצרים ובבל. בתוך הדרמה ההיסטורית עולה דמותו של הנביא ירמיהו  הנרדף על ידי יריביו הפוליטיים המביאים להשלכתו לבור הכלא, אך מתעקש להוכיח את מלכי יהודה ודורש מהם לקבל את מציאות השיעבוד לבבלים ולא לצאת כנגד רצון האל. חזונותיו של ירמיהו משמשים כלי רב ערך להכרת אירועי התקופה מנקודת מבטו של הנביא. מלך בבל מגיב בחומרה לנסיונות ממלכת יהודה להתנער משלטונו. ב-598 לפסה"נ הוא עולה על ירושלים ומגלה חלק מתושבי יהודה ואת מלכה, יהויכין. אך רוחות המרד לא דעכו וכעבור כעשר שנים שוב מורדת יהודה כנגד הבבלים. בשנת 586 לפסה"נ, בימי המלך צדקיהו, כבשו הבבלים את ירושלים והעלו את בית המקדש הראשון באש.

בשנת 1099 כבשו הצלבנים את ירושלים וטבחו בתושביה המוסלמים והיהודים. הצלבנים שלטו בעיר עד 1187, אז נכבשה ממלכתם על ידי המנהיג המוסלמי צלאח א-דין אל-איובי. בשנת 1192 יסדו הצלבנים ממלכה שנייה, מצומצמת יותר בגודלה, שהתקיימה עד לחיסולה בידי המוסלמים הממלוכים בשנת 1291.
ירושלים הייתה בירת הממלכה הצלבנית בתקופת הממלכה הראשונה, אך בתקופת הממלכה השנייה שלטו הצלבנים רק בחלק מירושלים במשך כ-15 שנה בלבד ובירתם הייתה עכו. בירושלים הם בנו שווקים, כנסיות ובתי חולים, וגבולות העיר חפפו במידה רבה את תוואי חומות העיר העתיקה בת ימינו.
לאורך רוב התקופה יהודים לא הורשו להתגורר בעיר, אך לקראת סופה של התקופה הצלבנית הראשונה הורשו מספר מצומצם מהם להתגורר ליד מגדל דוד, סמוך לארמון המלך.

בשנת 539 לפסה"נ החלה התקופה הפרסית לאחר שהאימפריה הבבלית הובסה בידי כורש מלך פרס. שנה לאחר מכן אפשר כורש ליהודים לשוב לארצם, בראשות זרובבל בן שאלתיאל – שהיה צאצא למלכי יהודה – ששבצר הנשיא, וישוע בן יהוצדק הכהן הגדול. כך החלה תקופת שיבת ציון, וב-515 לפסה"נ נחנך מחדש בית המקדש.

באמצע המאה ה-5 לפסה"נ, עשרות שנים לאחר שהחלה שיבת ציון, עלו לארץ עזרא הסופר ואחריו נחמיה – שהיה פקיד רם דרג במלכות פרס – ועימם יהודים רבים נוספים. בימי עזרא ונחמיה נבנתה חומה סביב ירושלים שכללה אז רק את גבעת עיר דוד והר המוריה.

עם פרוץ המרד הגדול נגד הרומאים בשנת 66 לספירה, הגיע לארץ צבא רומאי אדיר (בשיאו מנה צבא זה כ-60 אלף לוחמים), והחל לדכא בנחישות ובאכזריות את המרד. בשנים הבאות נכבשה כל הארץ על ידי הרומאים, ובחודש ניסן של שנת 70 לספירה החל המצור על חומותיה של ירושלים.
בחודש אב העלו הרומאים, בפיקודו של טיטוס, את בית המקדש באש, וחודש לאחר מכן החריבו את העיר העליונה של ירושלים ששכנה מול בית המקדש. תקופת הבית השני שנמשכה כמעט 600 שנה הגיעה לסיומה.

לאחר חורבן ירושלים בשנת 70 לספירה שלטו בה הרומאים, והלגיון העשירי ישב בה ככל הנראה ליד שער יפו של ימינו. רק בימי הדריאנוס (ראשית המאה השנייה) החלו הרומאים לבנות את ירושלים כעיר אלילית בשם "איליה קפיטולינה", שבה רחובות אורך ורוחב ומקדשים פגאניים.
עיר דוד ההרוסה נחצבה על ידי הרומאים עבור בניין העיר הרומית. בשנת 132 לספירה פרץ מרד בר כוכבא – אולי כתגובה להפיכת ירושלים לעיר אלילית – שדוכא באכזריות רבה על ידי הרומאים. באופן רשמי יהודים לא הורשו להתגורר בעיר, אך קיימות עדויות לכך שהיו יהודים שהתגוררו בה והיו מי שביקרו בה.

במהלך המאה הרביעית התנצרה האימפריה הרומאית בשלבים, ובירתה עברה לקונסטנטינופוליס, היא איסטנבול של ימינו. כנסיות ורחובות שנבנו לאורך התקופה שינו את אופייה של ירושלים, שהפכה לעיר נוצרית.
בעיר התקיימה קהילה יהודית מצומצמת, לפחות בחלק מהתקופה, ויהודים הורשו לעלות להר הבית בתשלום על מנת לבכות את חורבנו בתשעה באב. למרות קדושתה של העיר בעיני הביזנטים, היא לא הפכה בשום שלב לבירת האימפריה, ואף לא שימשה כבירת מחוז.