Ο Νομός Καστοριάς κατοικήθηκε από τους Νεολιθικούς χρόνους (ευρήματα Λιμναίου Οικισμού Δισπηλιού).

Στους Προχριστιανικούς χρόνους, στην τοποθεσία όπου βρίσκεται η σημερινή Καστοριά, υπήρχε η πόλις Κέλετρον. Η πόλη αυτή κτίσθηκε, κατά την παράδοση, από Αιολείς αποίκους και υπήρξε πρωτεύουσα των Ορεστών Βασιλέων.
Καταλήφθηκε το 200 π.Χ. από τους Ρωμαίους.

Στους Ρωμαϊκούς χρόνους, κέντρο της περιοχής ήταν η πόλη Διοκλητιανούπολη, που ήταν κτισμένη στην περιοχή όπου βρίσκεται
σήμερα το Άργος Ορεστικό.

Στα Βυζαντινά χρόνια, η πόλη της Καστοριάς οχυρώνεται (Ιουστινιάνεια τείχη), για να αντιμετωπίσει τους εχθρούς.
Κατά διαστήματα, η Καστοριά καταλήφθηκε από τους Βούλγαρους, τους Νορμανδούς, τους Φράγκους, τους Σέρβους και το 1385 από τους Τούρκους.

Τα χρόνια του Μακεδονικού Αγώνα, η Καστοριά διακρίθηκε σαν ένα από τα σημαντικότερα κέντρα του Ελληνισμού και αποτέλεσε αφετηρία για την απελευθέρωση της Μακεδονίας από τον τουρκικό ζυγό. Μεταξύ των ηρώων που έδρασαν ήταν ο Καπετάν Κώττας, ο Παύλος Μελάς (Μακεδονομάχος-θρύλος που σκοτώθηκε στο χωριό Στάτιστα, το οποίο προς τιμήν του μετονομάστηκε σε Μελάς) και ο Μητροπολίτης Γ. Καραβαγγέλης.

Η Καστοριά απελευθερώθηκε από τους Τούρκους στις 11 Νοεμβρίου του 1912.
Στον Ελληνοϊταλικό πόλεμο του 1940, η περιοχή βρίσκεται στο προσκήνιο των Εθνικών Αγώνων. Καταλαμβάνεται από τους Γερμανούς και ελευθερώνεται στα τέλη του 1944.

Στην περιοχή της Καστοριάς γράφηκαν και οι τελευταίες σελίδες του Εμφυλίου πολέμου της Ελλάδας (1944-1949).