تاريخ باستانى آذربايجان با تاريخ قوم ماد درآميخته است. قوم ماد پس از مهاجرت به ايران به‌تدريج قسمت‌هاى غربى ايران از جمله آذربايجان را تصرف کرد و در آنجا ساکن شد.
بعد از تأسيس دولت ماد، سرزمين آذربايجان به ماد کوچک، در مقابل ماد بزرگ که شامل مناطق همدان و رى و اصفهان بود، معروف شد. به عبارت ديگر ولاياتى که در قرون اوليه اسلامى به ناحيهٔ جبال و بعدها به عراق عجم معروف بودند را در بر مى‌گرفت.
بعد از غلبهٔ اسکندر مقدونى بر ايران، سردارى به نام اتورپات در آذربايگان ظهور کرد و از اشغال آنجا توسط يونانيان جلوگيرى نمود و از آن به بعد از اين سرزمين به نام آتورپاتگان معروف شد. آتورپات به پادشاهى رسيد و آن ناحيه را مستقل اعلام کرد.
در دوره حکومت سلوکى‌ها، ناحيه آتورپاتگان همچنان مستقل ماند و يونانيان و جانشينان اسکندر نتوانستند آداب و رسوم و تمدن خود را در آن محل اشاعه دهند. آذربايجان در اين زمان پناهگاه زرتشتيان و تکيه‌گاهى در مقابل هجوم يونانيان شد.
حکومت جانشينان آتورپات در آذربايجان در زمان اشکانيان نيز ادامه يافت و اين منطقه توانست کماکان استقلال خود را حفظ کند. سرانجام اردشير بابکان مؤسس سلسله ساسانى بر حکمرانان آذربايجان استيلا يافت و مرزبانى به حکومت آنجا گماشت.
در دوره ساسانى معمولاً يکى از مرزبانان را به حکومت آذربايجان مى‌گماردند. از اين رو در اواخر اين دوره حکومت آذربايجان در دست خاندان فرخ هرمزد بود و پايتخت آن شيز نام داشت.
پس از فتح آذربايجان به دست اعراب، قبايل مختلف عرب از بصره، کوفه، شام و يمن براى سکونت به آنجا روى آوردند و با خريد زمين‌هاى وسيع، کشاورزى را گسترش دادند و افراد بومى را رعيت خود کردند و براى حفظ املاک خود حصارهايى به صورت قلعه دور آنها کشيدند.
در سال ۱۹۸ هـ.ق که مأمون هنوز در خراسان به سر مى‌برد و حسن بن سهل را به عراق فرستاده بود، عده‌اى از امراى عرب در آذربايجان دعوى استقلال داشتند. در اين زمان بابک خرمدين از سرداران معروف آذربايجان از ضعف خلافت استفاده کرد و قسمت‌هاى مهمى از شمال شرقى آذربايجان را در اختيار گرفت. پس از قيام بابک و در نتيجهٔ مبارزات او سلطهٔ دستگاه خلافت بر آذربايجان ضعيف شد.
سلسله‌هاى ايرانى بعد از اسلام مانند طاهريان، صفاريان، سامانيان و غزنويان که از شرق ايران برخاستند و حکومت‌هاى مستقلى تشکيل دادند، هيچ‌گاه نتوانستند قلمرو خود را به آذربايجان برسانند.
از سال ۲۰۵ هجرى يعنى زمان تأسيس حکومت طاهريان تا سال ۴۲۹ هجرى يعنى آغاز حکومت سلجوقيان، حکومت‌هاى محلى متعددى قدرت را در آذربايجان به دست گرفتند که آخرين آنها ساجيان بودند. پس از سقوط آنها رواديان حکومت را به دست گرفتند و مناطق شيروان، شکي، گرجستان و ارمنستان خراج‌گذار آنها بودند.
در آغاز قرن پنجم هجرى ترکان غُز به فرماندهى سلجوقيان آذربايجان را به تصرف درآوردند. در سال ۵۳۱ هجرى آذربايجان به دست اتابک شمس‌الدين ايلدگز افتاد. آنها تا حمله جلال‌الدين خوارزمشاه به سال ۶۲۲ هـ.ق در آذربايجان حکومت کردند.
با حمله مغولان و ورود هلاکوخان در سال ۶۵۴ هـ.ق آذربايجان مرکز شاهنشاهى بزرگى شد که از خراسان تا شام امتداد داشت. پايتخت هلاکوخان ابتدا شهر مراغه بود و سپس به تبريز منتقل شد. به دستور هلاکو در مراغه رصدخانه‌اى ساخته شد. در اطراف خوى بتخانه‌ها و معابد برپا شد و بناهاى غازان در تبريز و جاهاى ديگر به وجود آمد.
در زمان غازان خان شهر تبريز بزرگ‌تر شد و به يکى از مراکز مهم دنياى آن روز مبدل گرديد. تجار روم و فرنگ کالاهاى خود را براى فروش به اين شهر مى‌آوردند و اين امر موجب شد تا بازارهاى تبريز به زيبايى و ثروت مشهور گردد. وزراى عهد مغول از قبيل خواجه رشيدالدين فضل‌الله همداني و تاج‌الدين على شاه جيلاني بناهاى مهمى در تبريز برپا کردند.
با ضعف ايلخانان مغول، در آذربايجان امراى مستقلى حکومت يافتند. جلايرخان، چوپانيان و ترکامانان در قسمتى از اين منطقه به حکومت رسيدند. پايتخت آنان تبريز بود.
پس از برافتادن حکومت خاندان ترکمانان، قره‌قويونلوها و آق‌قويونلوها بر تبريز تسلط يافتند. از بزرگ‌ترين امراى قره‌قويونلوها مى‌توان به جهانشاه اشاره کرد. بناهاى عظيمى مانند مسجد کبود به دستور او در تبريز ساخته شد.