Самые ранние археологические находки на территории Гатчины датируются XIII веком, но первое известное документальное свидетельство о существовании здесь поселения появляется в 1499 году, когда в Новгородской писцовой книге упоминается «село Хотчино над озерком Хотчиным». В течение нескольких веков ижорские земли, на которых находилось село Хотчино, были предметом территориальных споров между Россией и Швецией. В 1617 году был подписан Столбовский мирный договор, по которому эта территория передавалась Швеции. В августе 1702 года, в ходе Северной войны, Гатчина (бывшее село Хотчино) и её окрестности вновь перешли к России.

В 1765 году Екатерина II обширное Гатчинское имение подарила своему фавориту, графу Григорию Орлову. Летом 1766 года в имении началось строительство Большого Гатчинского дворца по проекту архитектора Антонио Ринальди, создание пейзажного парка и благоустройство охотничьих угодий.

После смерти Орлова в 1783 году владельцем Гатчины становится великий князь Павел Петрович, а главным архитектором — Винченцо Бренна. По его проектам создаются многие парковые постройки, а в 1795 году начинается реконструкция Дворца. 22 (11) ноября 1796 года Павел I присвоил Гатчине статус города.

В конце XVIII века Гатчина становится центром Гатчинского уезда. В 1798 году по проекту архитектора Николая Львова построен Приоратский дворец, ставший одним из символов Гатчины.

После убийства Павла I в 1801 году Гатчина перешла во владение его вдовы, императрицы Марии Фёдоровны. Затем владельцами города становились российские императоры — Николай I, Александр II, Александр III. В 1853 году в Гатчину была проведена железная дорога.

В 1881 году впервые в Российской Империи в Гатчине появилось электрическое уличное освещение (сначала был освещён плац перед императорским дворцом).

На Всемирной выставке в Париже в 1900 году Гатчина была признана самым благоустроенным из малых городов России.

В 1910 году в Гатчине был сооружён первый в России военный аэродром, начала работу первая в России воздухоплавательная школа; полёты в Гатчине совершали Пётр Нестеров, Лидия Зверева и другие известные лётчики.

1 марта 1917 года в Гатчине было поднято восстание в Западном авиационном батальоне, в результате которого было упразднено дворцовое управление, а его сменил Гатчинский районный комитет Петроградского совета. 24 октября 1917 года власть в городе перешла к Военно-революционному комитету. Во время Гражданской войны Гатчина была местом боёв между войсками генерала Юденича и Красной армией.

В годы Великой Отечественной войны город был оккупирован немецкими войсками. Дворцово-парковый ансамбль Гатчины был почти полностью разрушен.

В послевоенный период город был восстановлен. В нём появились новые жилые микрорайоны, промышленные предприятия, институт ядерной физики. В 1985 году открыты для посещения первые восстановленные залы Гатчинского дворца. В 1999 году по итогам Всероссийского конкурса «Самый благоустроенный город России» Гатчина заняла первое место среди городов численностью до 100 тысяч жителей.

По северной границе города протекает река Ижора (приток Невы), которая является общим водоприёмником гидросистемы города. По гатчинским паркам протекают её притоки — реки Тёплая (Гатчинка) и Колпанская (Пильчая). Также в городе расположены озёра — Белое, Чёрное, Серебряное, Филькино, Колпанское, пруды Карпин и Ковш.

Гатчинская «Чудо-поляна»

Небольшой участок парка «Зверинец» называют Гатчинской «Чудо-поляной». Она входит в комплексную схему охраны природы Ленинградской области и предлагается к включению в список особо охраняемых природных территорий в качестве памятника природы. На ней произрастают редкие виды растений: Валериана двудомная, Осока Дэвелла (занесена в Красную книгу России), Осока теневая (занесена в Красную книгу России), Безвременник осенний (занесён в Красную книгу России), Сеслерия голубая.