从古至今，延安的人口和地形都在变化。

考古发现表明，大约3万年前，晚期智人“黄龙人”就生活在延安。大约13世纪前，延安属于一个独立的国家。商朝皇帝武丁发动了一场大规模的反魔鬼战争。《易经·纪纪》载:“高宗割了恶魔的药方，用了三年时间才攻克。”这是延安迄今为止笔试的最早文字记录。春秋时期，延安是白蒂部落居住的地方，该部落是一个游牧和狩猎的少数民族部落。晋朝之子重耳曾流亡白蒂12年，即居住在延安地区。战国时期，延安是魏的下属。《史记·秦本纪》载:“魏筑长城，北起郑，有”。秦惠文七年(前三百年)，秦帅公孙衍在刁阴(今陕西甘泉县寺沟河)大败魏军，斩首八万余人，活捉姜维龙甲；秦惠文八年，韦纳河西给秦；15年，的渭南(今陕西北部的宜川和延安)县被送给了秦。延安属于秦。

秦汉时期，延安属于尚军(治皮肤县，今榆林南)。秦年间，秦在延安设高女郡，郡治在今延安以东的尹家沟。这是延安建城的开始，它的城墙今天依然存在。秦朝统一六国后，大将军蒙恬率兵三十万北击匈奴，后督修长城、秦之道。汉武帝在位期间，大量移民驻防，使陕北等地农业经济空前发展，被誉为“新秦代”(意为富如关中)。汉《蜀府三郡书》有“水草丰茂，适宜放牧，牛马夹尾，羊阻路”的描写。

延安位于黄河中游，属于黄土高原丘陵沟壑区。延安地貌以黄土高原和丘陵为主。地势西北高，东南低，平均海拔约1200m。北部的白宇山海拔1600 ~ 1800米，最高点是吴起县古武乡的白宇山峰，海拔1809.8米。最低点在伊川县集义乡后二川，海拔388.8m，相对高差1421m。北部以黄土丘陵沟壑为主，占全区总面积的72%；南部以黄土高原沟壑为主，占总面积的19%；整个地区的落基山脉占总面积的9%。西边的子午岭自北向南，形成洛河和泾河的分水岭。是黄土高原以上的基岩山地之一，海拔1500 ~ 1600米，主峰1687米。东部黄龙山，大致呈南北走向，海拔1500m，主峰(大岭)海拔1788.7m；中部崂山呈西北-东南走向，平均海拔1400米，主峰(大墩梁)海拔1464米。黄龙山和老山统称为凉山，构成了延安地区地形的骨架。