康熙五十二年（1713年），桃园地区正式辟地。乾隆二年（1737年），开始了大规模屯垦，广东客家移民薛启隆率众自台南入垦桃园地区，拓垦范围东自龟仑岭（龟山），西达崁仔脚（内坜），北起南崁，南至霄里一带。后有移民于此遍植桃树，桃花齐开时节，花海如云，乃改称“桃仔园”，此为桃园市市名之由来。由于桃园的开发为台北盆地开垦的延展，因此桃园地区的发展呈现由北向南的趋势。

在中国大陆移民开始大量移入后，闽籍人士多聚于今桃园区与附近之沿海地带，而粤籍人士则聚于靠内陆的中坜、平镇、杨梅、龙潭及沿海的观音、新屋，这种依籍贯分居的现象壁垒分明。

清朝前期将北台湾视为边疆地带而较少管理，由于族系复杂，桃园地区的闽粤械斗与漳泉械斗非常频繁，并有着非常复杂的合纵连横关系。而至乾隆年间，桃园地区已逐渐发展成两大聚落的面貌，分别是桃仔园与涧仔坜（今中坜），清政府将两大聚落整并后各取一字合而为堡名，故名“桃涧堡”。

清朝光绪二十年（1894年），清朝与日本爆发甲午战争。清朝光绪二十一年（1895年）清朝战败并与日本签订“马关条约”，将台湾全岛及澎湖列岛割让予日本，台湾随即进入日据时期。 日据时期初期，台湾行政区划的变化相当频繁，清朝光绪二十一年（1895年）至清朝光绪二十七年（1901年），桃园地区属台北县。

清朝光绪二十七年（1901年），废县置厅，将台湾划分为20个厅，桃园地区大部分属桃仔园厅，下辖大嵙崁、三角涌、大丘园、杨梅坜、咸菜硼、中坜等六支厅。清朝光绪三十一年（1905年）桃仔园厅更名为桃园厅。清朝宣统元年（1909年）全台20厅裁并为12厅，但桃园厅辖区不变。

民国九年（1920年），台湾总督府公布《台湾州制》（大正9年律令第3号）、《台湾市制》（大正9年律令第5号）、《台湾街庄制》（大正9年律令第6号），调整行政区划，将台湾西部十个厅改制为五个州（台北州、新竹州、台中州、台南州、高雄州），其中桃园及新竹两厅合并为新竹州，新竹州所辖之桃园郡、中坜郡、大溪郡三个郡的范围大致与现今桃园市的辖区相同。

民国三十四年（1945年），二战结束日本投降后，台湾光复，国民政府代表盟军接收台湾，将新竹州改为新竹县，县治则迁至桃园。

1950年8月，国民政府迁台后对台湾省行政区进行重划，新竹县拆分为桃园县、新竹县、苗栗县三个省辖县。国民政府迁台后，许多来自中国大陆的军眷迁移至桃园县，中坜的龙冈地区便以滇、缅移民众多而著名。

1954年10月31日，角板乡更名为复兴乡。

1967年6月7日，中坜镇改制为县辖市中坜市。

1971年4月，桃园镇改制为县辖市桃园市。

1960至70年代，中坜、龟山等传统工业区成立。

1979年2月26日，中正国际机场（现台湾桃园国际机场）启用。

1992年3月1日，平镇乡改制为县辖市平镇市。

1995年1月1日，八德乡改制为县辖市八德市。

2010年6月7日，桃园县人口数突破200万人，依照台湾《地方制度法》，于2011年1月1日起准用直辖市之编制（称“准直辖市”）。

2012年7月提出改制“直辖市”案。2012年11月23日内政部门通过改制为“直辖市”。2013年1月3日“行政院”第3330次院会，于2014年12月25日改制为“直辖市”。名称定为“桃园市”，成为中国台湾北部第三个“直辖市”。原县辖乡镇市一并改制为区，有13区。

截至2019年，桃园共辖有13个市辖区，市政府驻桃园区。

桃园市位于中国东南、台湾岛西北部，市中心点位于北纬25°10’0”、东经121°24’0”，东南以达观山、绷绷山与新北市、宜兰县分界，西南以雪臼山、李栋山与新竹县之尖石乡接壤，林口台地和龟仑岭突起于市境东北，为台北盆地与桃园台地之天然区划。桃园市中心位置为平镇区平安里，极东为复兴区栖兰山，极西为新屋区蚵壳港，极南为复兴区西丘斯山，极北为芦竹区坑子口。

桃园市大部分是连绵不断的丘陵台地，地形呈西北向东南之狭长形，临山面海，自石门水库起经大溪区东北出市境之大汉溪，将桃园市划分为东南和西北两大部分。东南部分为标高300米以上之丘陵地、阶地及山岳，地势向东南渐次升高，山势峻峭，河谷窄狭。西北部地势则较为平缓，台地、阶地甚为发达，河流短而呈放射状入海。雪白山为桃园市最高峰，海拔2444.305米。

桃园台地各台地由砾石层构成，一般常以“台地砾层”来称呼，也有学者以“红土台地堆积层”称之。这些红土砾石层也常被细分成不同地层，即店子湖层，中坜层及桃园层。这些地层的岩性相差不大，主要由下部的砾石层与上部的红土层组成，砾石主要为白色石英岩、暗灰色硅质砂岩、浅灰色砂岩。断层部分，桃园市之断层均分布于东半部丘陵地与山区，至于西半部人口密集之平原地区则未有断层分布。

桃园市除东南山区外，全境属副热带季风气候。桃园市气候受到东北季风与西南季风影响最大。东北季风始于十月下旬，至翌年三月，风力强，气温低。西南季风始于五月至九月，风力较弱，天气较晴朗，但午后多雷阵雨，尤其七月至九月常有台风。

年雨量在1500至2000毫米（山区2000至4000毫米），以夏季较多，冬季较少，但降雨日数反以冬季为多。全年平均温度约为摄氏23度，夏季平均29度，冬季平均约16度，全年平均湿度为89度左右。

桃园市有河流二十余条，但除了大汉溪外，其余均为切割各台地的小河，这些河流流路短，水量少，较无航运价值，其中长度最长的为老街溪，流域面积最大的为南崁溪。

桃园市的海岸北起芦竹区海湖附近，西南至新屋区蚵壳港，呈东北东-西南西走向，略呈向外凸的弧形，曲折度不大，仅各河口附近有凹入的河口或潟湖地形，缺乏天然良港，市内两大渔港竹围渔港及永安渔港则为人工围筑防波堤而成。

2002年，“行政院农业委员会”曾于桃园市境内进行六类野生动物的调查，依其生物特性、海拔高度、栖地类型以及行政区域的考量，分别选择26至81个不等的调查样区；结果共计发现哺乳类36种、鸟类167种、爬虫类37种、两栖类25种、淡水鱼类47种及蝴蝶类143种。野生动物方面，台湾黑熊、猕猴、帝雉和水鹿已被列为“国家保育物种”。部分山区另在插天山自然保留区与栖兰野生动物重要栖息环境的划设范围内。

桃园高荣野生动物保护区位于杨梅区，是一处人造埤塘；该处有稳定数量的台北赤蛙等动物栖息，2012年3月3日公告为野生动物保护区。

桃园市山区植物种类繁多，其中成立于1986年达观山自然保护区属于国有林自然保护区，自然保护区内育有红桧群、扁柏、青枫、山毛榉、阔叶混合林以及天然林等树种，其中深受关注的是区内的22株神木，其树龄高达500至3000年不等，散布于全长3.7公里的景观步道旁。

桃园市滨海部分，桃园市新屋区、观音区沿岸的藻礁地形，是以无节珊瑚藻类为主，经由钙化作用沉积碳酸钙所建造之礁体，是全台湾面积最大的藻礁地形。曾拥有27公里藻礁海岸的桃园市，惜因工业污染的影响，导致仅存约4.5公里。

截至2014年7月底，桃园市总人口数已达2050600人，整体活动口估达250万人以上，其中外籍劳工人口高达7万3千余人、外籍配偶与大陆港澳地区等新住民近4万9千余人。桃园市市民平均为35.86 岁，具生产力者的青壮年为大宗，劳动力（15-64）岁人口占总人口7成。

桃园市的人口于1996年达于成长巅峰，其后又有逐渐趋缓现象；但成长率均维持在0.560%~ 1.70%间，相较于台湾地区逐年递减的平均人口成长率来看，桃园市几乎呈现1~4倍的成长趋势。2013年桃园市净移入人口达8077人，2014年1至9月，净移入人口已有8449人，是全台之冠。

截至2015年底，以地区来看，桃园市共有8个行政区的人口数在10万以上，其中桃园区人口超过41万，而中坜区的人口也超过38万人，为市内人口最密集的区域，同时桃园区也是全台人口最多的“区”第二名，人口数甚至超过嘉义市、基隆市等省辖市；复兴区则因地处山区，为市内人口最稀少的区域。

桃园市位居北台湾闽、客族群交会的关键位置。北桃园及观音区的草漯地区，为闽南人聚居区；多为漳州移民后代，以桃园区为核心，主要有老派、新派和新明派等地方派系。南桃园则为客家聚落，桃园拥有近80万客家人，拥有全台最多的客家人口，以中坜区为核心，主要有吴家、刘家、彭家、许家和庄家等家族。

1949年国民政府迁台后，许多来自中国大陆的军眷迁移至桃园市，境内曾有高达86处的眷村，总数居全台之冠，后多数眷村已拆除改建为国宅。复兴区为桃园市的山地原住民区，其居民以泰雅族原住民为主。台湾的东南亚移民渐多，包括外籍配偶、外籍劳工等，又被称为新住民；桃园市外籍配偶人数仅次于新北市、台北市、高雄市，为全台湾地区第四名县市。

桃园市政府是桃园市的最高行政机关，在“台湾政府架构”中属于“直辖市”政府位阶。桃园市政府设有21局、6处、1委员会；另设置13个户政事务所、7个地政事务所、13个卫生所、动物防疫所、风景区管理所、体育处、孔庙忠烈祠联合管理所、家庭教育中心、家庭暴力暨性侵害防治中心、资讯中心、艺文设施管理中心、15个分局（大队）等56个二级机关。

桃园市议会是桃园市的最高民意机关，代表全体市民立法和监察市政，2014年12月25日成立。

桃园地方法院是桃园市的司法机关，属于普通法院，管辖桃园市全境13个区。桃园地方法院下设桃园简易庭及中坜简易庭，分别位于桃园区及中坜区，受理第一审民、刑事诉讼简易事件及违反社会秩序维护法案件之审理。

截至2015年，桃园市的政治情势，泛蓝阵营的支持者比例大于泛绿阵营支持者。就选民结构而言，泛蓝领先泛绿十个百分点左右。泛蓝阵营在桃园县保有较稳定的票源结构，而泛绿的票源则主要集中于沿海地区。较为特殊的是，由于桃园呈现“北闽南客”的社会结构，早期曾有县长、议长“南客北闽轮流当政”的不成文传统。而特殊的社会结构，亦造就宗亲、族群、政党、派系等力量，盘根错节的关系，左右各项选举。

但2014年桃园市市长选举中，选民因不满马英九政府政绩欠佳，波及执政中国国民党选情；许多蓝营选民未投票或投“赌烂票”。结果民调一路领先的国民党候选人吴志扬以2万多票败给了卷土重来的民进党候选人郑文灿。2018年桃园市长选举，郑文灿凭借其“蓝绿通吃”的地方经营模式，在民进党选情极为不利的情况下依旧实现连任，标志着桃园地区蓝绿政党版图发生结构性变化，蓝营在该地区的优势已经丧失，地方经营面临更大的困难。

桃园市的产业结构变迁，与台湾经济发展的产业结构转变相似。二战后初期桃园市的工业发展仍沿袭日据时期的基础，以米、茶等食品加工业为主；而纺织业则是在大陆纺织业资本迁台及美援棉花供应的配合下，得到发展的机会。1967年扩大原本为疏解台北都会区工厂过度饱和压力而设立龟山工业区，同时在内坜设立工业区（即现中坜工业区），吸引众多侨外投资之进驻，也促进了桃园市的工业发展。随著高科技产业兴起，桃园产业亦逐渐由劳力密集的传统产业，转型为以高科技为主的知识经济发展产业型态。

桃园市的农业家数、就业人数及销售额占台湾的比率不高。桃园市农业的销售额主要以蔬果批发零售业、米粮批发零售业及花卉批发零售业所占比率最高，主要农产品包括蔬菜、花卉、黑毛猪、寿山茶、龙泉茶、芦峰茶、武岭茶、洋香瓜、水蜜桃等，观光农场的开发，也是桃园市农业转型的现象。

工业在桃园市的经济发展中占有重要地位，台湾五百大制造业有超过三分之一在桃园设厂，工业产值则居全台之冠。产业分布有基础工业、传统工业、高科技及光电产业等，如TFT-LCD、笔记型电脑、光储存、通讯、奈米科技、半导体、汽车零组件及染整业等。包括中坜、幼狮、平镇、龟山、大园、林口（包含新北市林口区和桃园市龟山区）、观音等22个工业区与桃园科技工业区、华亚科技工业园区、龙潭渴望园区、龙潭科学园区等高科技园区。

2002年，桃园市服务业部门比例首度超越工业部门，显示桃园市已逐渐迈向三级产业导向的经济发展。

2015年，桃园市开始建设桃园航空城，桃园航空城是位于台湾桃园国际机场周边的第三产业大型园区建设规划案，是自由经济示范区计划的一环。

截至2015年，桃园市有3条国道，2条快速道路，6条省道、4条省道支线，9条市道、6条市道支线，127条区道。

台湾桃园国际机场，简称桃园机场、桃园国际机场，位于桃园市大园区，是台湾的特等航空站，是台湾最大、最繁忙的机场，也是北台湾的联外国际机场以及台湾主要的国际客运出入吞吐地。桃园机场建成于1979年，为台湾十大建设之一，截至2015年共有两个航站楼、两个主跑道，正在建设第三航站楼，并规划第三跑道。第三航站楼的先期工程“WC滑行道迁建及双向化工程”于2016年7月1日启动，主体工程则于2017年5月26日动工，预定在2024年底完工，2025年初试运营，而第三跑道则预计在2025年启用。

桃园捷运机场线已于2017年3月2日通车，分为直达车（紫）和普通车（蓝）两种。居民和旅客可从桃园市区或台湾桃园国际机场直达新北和台北。

桃园市公共自行车租赁系统由桃园市政府交通局负责，于2016年2月4日正式营运，主要设置地点包括捷运沿线车站、公共运输场站（火车站、高铁站、客运转运站）、公共开放空间（机关、广场、公有平面停车场、大型卖场、百货业）及公园绿地（包括南崁溪、老街溪沿岸亲水公园）。

截至2014年，桃园市有16所大专院校、29所公私立高中职、62所国民中学、189所国民小学、325所幼稚园。在12年国民基本教育中桃园市与连江县为同一个免试就学区，名称为“桃连区”。102学年度新移民子女占整体中小学生人数比率为10.9%。

截至2014年，桃园市有7所“国立高中”、7所市立高中、13所私立高中。

截至2014年，桃园市有3所“国立”高职及3所私立高职。

截至2014年，桃园市有大专院校学生数111333人，有三所“国立”大学、五所私立大学。其中“国立中央大学”1915年成立于首都南京，1962年在台复校，1979年正式复名，为桃园市第一所“国立”大学。有军警院校六所，是全台湾第二多的城市（仅次于高雄市）。

截至2014年，桃园市内的宗教学院有圣德基督学院、基督教拓荒宣教神学院、圆光佛学院、圆光佛学研究所。

“国家中山科学研究院”位于桃园市龙潭区，属台湾地区“国防部”的行政法人机构，是台湾最重要的军事科研机构。“行政院原子能委员会核能研究所”也位于龙潭区，是“行政院原子能委员会”的附属机构；专门负责台湾核能安全、核设施除役及放射性废弃物管理、辐射应用、新能源与再生能源及环境电浆五大领域的研发，后扩大到再生能源与新能源领域。中华电信研究院位于杨梅区，主持国家时间与频率标准实验室，负责发布台湾地区的“标准时间”。

截至2014年，桃园市一共有公私立医疗机构数1467间，其中含29间大型医院及2家大型精神科医院，包括医学中心1家、区域医院7家、地区医院21家，除大型医院外另有诊所1432家。以乡镇别来看，医疗机构以桃园区的450间最多，其次为中坜区392间，最少的为复兴区的7间。

桃园市立体育场创建于1972年，最初仅有体育馆、田径场、游泳池等设置。在1978后，陆续兴建篮球场、剑道馆等，1993年，巨蛋体育馆完成建馆工程。2011年升格为准直辖市后，桃园市立体育场改制为桃园市政府体育处，负责所有场地管理使用，以及体育运动工作之策划与执行。

桃园市的主要体育场馆，除上述提及的桃园市立体育场外，尚有位于桃园区的桃园市网球场及桃园市射箭场；位于中坜区青埔的桃园国际棒球场及青埔运动公园棒球场、桃园市立青埔慢速垒球场；位于平镇区的桃园市立平镇棒球场及龙潭区的兄弟大饭店棒球场。

桃园市曾于1999年举办首届全国运动会、2014年举办全国中等学校运动会；2017年将于台北市举行的世界大学运动会，也有部分赛事预计在桃园进行。

2011年高尔夫LPGA台湾赛在桃园市杨梅区扬昇高尔夫球场首次举办，是第一项在台湾举办的LPGA赛事。

2015年亚太听障运动会于桃园市举行，趋时，桃园市成为继台北市、高雄市后，台湾第三个具有国际大型体育赛事举办能力的城市。

截至2012年2月4日，桃园市无形文化资产有客家山歌、大溪传统木工艺、泰雅史诗吟唱等传统艺术15项、民俗及有关文物8项、自然地景1项。桃园市仍保有一间公娼，共有10位性工作者。但市长郑文灿挑明表示，桃园市不考虑设立红灯区，这涉及法律、道德、管理能力议题，应该有全台湾一致做法，不该由地方分别处理。

桃园市政府办理各类地方文化节日与展演活动，包括桃园客家桐花祭、北横旅游节、桃园闽南文化节、桃园眷村文化节、桃园市夏日亲子艺术节、桃园国际动漫大展、观音莲花季、石门观光节等。

桃园市内宗教寺庙业务，由桃园市民政局宗教科承办；桃园市的宗教信仰多元，市内的民间传统信仰，除了少数原住民的信仰自成系统外，一般说来与台湾其他闽南或客家移民的信仰习惯大致相同，多是随着移垦过程而扎根的信仰。依照移垦地域的特性与生产方式的不同，展现出地区不同的面貌。除了民间信仰外，佛、道、天主教、基督教也都是市内常见宗教信仰。而桃园市龙冈地区由于滇、缅边区游击部队的驻扎，伊斯兰教在当地亦普遍，龙冈清真寺为当地重要的信仰中心，而市内大量外籍配偶与外籍劳工，也将家乡的宗教信仰带入，如印尼的伊斯兰教、菲律宾的天主教等。

桃园市大溪区是中国传统家具之重镇。其制作技艺系承接清末广东、福建一带而来。先民在大溪垦荒开拓之际，随著大宅豪邸与寺庙的建筑，从大陆延聘手艺好的唐山师，广募门徒培育出优良匠师，建立起厚实的技术力，又因地之利，邻近复兴区木材资源取得容易，逐渐建立起木器之乡的美誉，而匠师们闲暇之馀也教导子女自制童玩，其中最实惠的就是陀螺，大溪陀螺也成为台湾独特的传统民俗文化。2015年，以大溪木艺为主题的桃园市立大溪木艺生态博物馆开馆。

桃园居民由于生活习惯不同，在文化型态上包括了客家山歌，福佬乡土歌谣及山地歌舞三大类，表现其不同族群的乡土文化特色。

客家八音为客家人的传统音乐，它主要分布于客家人聚居之桃、竹、苗及屏东等地区。而“八音班”在民间是指“锣鼓班”，是民间喜庆中的一种鼓吹乐队，桃园市的八音团主要分布在客家人聚集之南桃园地区－包含中坜区、平镇区、观音区、新屋区、杨梅区、龙潭区等地，属于北桃园之八德区也有部份八音团的分布。

桃园的福佬传统音乐则以北管为代表，地区约在清乾隆时期即有北管子弟团的活动，到了日据时期，北管子弟团数量大增，与地方生活密切结合，其活动形态主要有出阵、踩街、排场及演戏等四种，各种庙会庆典之类的场合，不时可以见到北管的演出，为当时台湾民间相当盛行的表演艺术。每年也有举办多元族群嘉年华。

桃园市的文艺团体有“桃园市文艺作家协会”，该会成员有锺肇政、冯岳辉、曾信雄、林锺隆等人，文学家、书画家都有。1981年8月8日创立，自1984年开始，每年集结该协会成员的文学和艺术作品出版，2004年改变形式，将文学和艺术分开，分别出版。推广、赞助文学活动的基金会有“桃园市文教基金会”。

桃园市文化局举办的文学活动有“桃园全国书展”、“一书一桃园：桃园之书阅读心得征文活动”、“桃园市文艺创作奖征文活动”。曾经举办“桃园市诗歌节”、“文艺创作研习班讲座”、“桃园市儿童文学夏令营”。台湾文学发展基金会主编、桃园市文化局出版的每一届“桃园全国书展专题演讲集”、每年“一书一桃园：桃园之书阅读心得征文活动”的得奖作品集以及每届的“文艺创作奖”得奖作品集，都由桃园市文化局出版。

桃园市自2010年于桃园展演中心承办第47届金马奖之后，桃园市政府随即积极展开各项影视活动的策划，包括率全国之先成立文创影视科，并于102年2月7日正式成立桃园市协助影视拍摄与发展中心，透过协拍申请和奖助申请，和借由市内多样化资源、场馆与自然环境，结合科技、历史、人文及生态等多元特色，鼓励影视业者至桃园市拍片、取景，以借此行销或推广桃园市之人、事、史、地、物，达到提升地方文化艺术和促进观光产业发展之效用。桃园市协助影视拍摄与发展中心成立以来已协助过许多影视拍摄作品，种类包括电影、电视剧、短片、广告、纪录片、电视节目、MV。

桃园著名的地方特产尚有素宝斋食品肚脐饼、玉泉极品红曲葡萄酒、花生软糖、国宝级豆干大师、蜂蜜黑心肝、月静礼盒、布丁蛋糕礼盒 、酥礼盒、陈年红糟豆腐乳、花生软糖礼盒、大溪豆干、豆腐乳、龙潭花生糖、复兴区绿竹笋、新屋鹅肉、观音莲花餐、拉拉山水蜜桃、桃园椪风茶、桃园良质米等。

桃园市在2009年为全亚洲获得“智慧城市创办人奖”及“全球21大智慧城市奖”双项奖项的城市，并于2010、2011、2013、2014年再度获得“全球21大智慧城市奖”奖项，更于2013年获得“全球7大智慧城市奖”跻身成为世界级的智慧城市。

2019年5月18日，桃园县入选“2019中国最美县域榜单”。