Katane (greco: Κατάνη) era originariamente un insediamento sicano, quindi dopo il XIII secolo a.C. sede di un grosso villaggio siculo e rifondato come Kατάvη nel 729 a.C. da coloni greci calcidesi guidati da Tucle dal dominio dei quali venne tolta nel 476 a.C. da Gerone I di Siracusa che la chiamò Aitna (Etna). Dopo la morte del tiranno siracusano e la sconfitta di Trasibulo la città fu riconquistata dai Katanaioi che le rimisero il nome originario. Subì la conquista di Dionisio I di Siracusa.
La collina di Monte Vergine occupa una posizione strategica fra il mare, l'Etna e la maggiore pianura di Sicilia. Su di essa si sviluppò un vasto abitato preistorico, intercettato in più punti ed in particolare nell'area dell'ex Monastero dei Benedettini di San Nicolò l'Arena ed in quella di via Teatro Greco. Nel monastero benedettino sono stati rinvenuti reperti che coprono il periodo compreso tra il Neolitico e la fine dell'età del Rame; agli inizi dell'Eneolitico si data una tomba a fossa polisoma rinvenuta sempre all'interno del monastero. In via Teatro Greco sono state individuate due fasi preistoriche. La prima, datata al radiocarbonio alla seconda metà del VI millennio a.C., è relativa alla probabile frequentazione di uno o più ripari sotto roccia, dagli inizi del Neolitico medio fino a quello tardo. La seconda fase, datata al radiocarbonio alla fine del V millennio a.C., appartiene ad una abitato con capanne degli inizi dell'Eneolitico, cui verosimilmente spetta la tomba dei Benedettini.
Sebbene si conoscano rinvenimenti sporadici dell'età del Bronzo e di quella del Ferro, l'area era probabilmente disabitata quando, nel 729-728 a.C., coloni greci provenienti da Naxos, a sua volta fondata da Calcide in Eubea, guidati dall'ecista Evarco vi fondarono Kατάvη. La città greca, conobbe la sua stagione migliore nel corso del V secolo a.C.. Nel 476 a.C. Gerone I di Siracusa ne fece la propria sede, sostituendo gli abitanti e mutandone il nome in Áitna. Di questo episodio, durato un quindicennio, cantato da Pindaro e forse al centro di una perduta tragedia di Eschilo, rimangono monete d'argento tra le più raffinate dell'antichità. Riacquisiti l'antico nome e gli originari abitanti, alla fine del secolo, durante la Guerra del Peloponneso, la città parteggiò per Atene contro Siracusa. Conquistata dai siracusani nel 403 a.C., dispersi i suoi abitanti e ripopolata con mercenari campani, per la città ebbe inizio un declino che si concluse solo con la conquista romana di Manio Valerio Massimo Messalla nel 263 a.C.
È l'inserimento nella universalitas romana che attribuisce alla città il carattere di "sistema urbano complesso", che verrà continuato fino alla riconversione "barocca" operata dopo la distruzione di fine XVII secolo.
Càtina (o Càtana) divenne colonia augustea nel 21 a.C.. Da quel momento la città si dotò di grandi edifici pubblici che la trasformeranno in uno dei più ragguardevoli centri dell'impero e che nei secoli successivi, fino ad oggi, condizioneranno il suo sviluppo urbano. La città fu sede di una precoce comunità cristiana e dal IV secolo, se non da prima, di una cattedra vescovile. Al cristianesimo si legano le trasformazioni di alcuni edifici e il lento processo di sviluppo da città antica a città medievale.
Alla caduta dell'Impero Romano la Sicilia venne conquistata nel VI secolo dagli Ostrogoti di re Teodorico il Grande che si occupò della ricostruzione delle mura della città, utilizzando le pietre che costituivano l'anfiteatro romano. Venne in seguito conquistata dai Bizantini, e nella seconda metà del IX secolo dai musulmani. Nel 1071 viene conquistata dai Normanni che provvidero a ridarle la sede vescovile, con l'approvazione del papa Urbano II (bolla pontificia del 9 marzo 1092); sarà elevata a sede arcivescovile, Arcidiocesi di Catania, nel 1859. Fu poi governata dagli Svevi, periodo in cui si eresse il Castello Ursino e si crearono le figure amministrative che perdurarono fino al 1817. La città fu una delle sedi della corte itinerante di Federico II di Svevia e da qui furono emanati editti e leggi di grande importanza. Alla fine del casato Hohenstaufen furono gli Angioini a prendere possesso della città, occupandola militarmente abusando spesso della popolazione locale.
In generale, la città viene menzionata innanzitutto per la presenza dell'Etna nelle sue vicinanze: "la città racconta una storia di ridotta emergenza politica".
Nel 1282, passò al ramo cadetto degli Aragonesi (in quanto la moglie di Pietro d'Aragona era nata a Catania) che fino a re Martino I di Aragona fecero di Catania la capitale del Regno di Trinacria. Dopo la cancellazione del regno di Trinacria la Sicilia perse l'indipendenza e passò sotto i domini Spagnolo, Savoiardo e Borbonico.