Nghệ An là vùng đất có lịch sử định cư lâu đời ở Việt Nam. Các di chỉ khảo cổ thuộc văn hóa Quỳnh Văn (thời kỳ đồ đá mới) được phát hiện tại Quỳnh Lưu cho thấy cách đây khoảng 6.000 năm đã có cư dân ven biển sinh sống, biết làm đồ gốm và thuần dưỡng súc vật. Ngoài ra còn có các di chỉ hậu đồ đá mới như hang Thẩm Hoi, hang Đồng Trương. Trong thời kỳ văn hóa Đông Sơn, khu vực này có di chỉ Làng Vạc, nơi phát hiện 347 ngôi mộ cổ, được xem là khu mộ táng lớn và có mật độ cao của văn hóa Đông Sơn.
Theo truyền thuyết thời Hùng Vương, vùng Nghệ An – Hà Tĩnh thuộc nước Việt Thường, sau đó trở thành bộ Hoài Hoan và bộ Cửu Đức trong 15 bộ của nước Văn Lang. Trong thời kỳ Bắc thuộc, vùng đất này lần lượt thuộc các quận Cửu Chân, Cửu Đức dưới sự cai quản của các triều đại phong kiến phương Bắc như nhà Hán, Đông Ngô, Tấn và Lưu Tống. Đến thời nhà Lương, khu vực được chia thành các châu như Đức Châu, Lỵ Châu, Minh Châu; sau đó nhà Tùy và nhà Đường tiếp tục thay đổi đơn vị hành chính, hình thành các địa danh Hoan Châu và Diễn Châu.
Trong thời kỳ độc lập tự chủ của dân tộc, các triều đại Ngô, Đinh, Tiền Lê vẫn gọi vùng đất này là Hoan Châu. Đến thời nhà Lý, địa danh Nghệ An bắt đầu xuất hiện với tên gọi Nghệ An châu. Thời nhà Trần, vùng này được tổ chức thành nhiều lộ như Nhật Nam, Nghệ An Bắc, Nghệ An Nam và Nghệ An Trung. Nghệ An cũng giữ vai trò quan trọng trong các cuộc kháng chiến, tiêu biểu như cuộc khởi nghĩa của Mai Hắc Đế chống nhà Đường và việc vua Trần Nhân Tông dựa vào nguồn nhân lực nơi đây trong cuộc kháng chiến chống quân Nguyên – Mông.
Trong thời kỳ khởi nghĩa Lam Sơn, năm 1424, Lê Lợi tiến quân vào Nghệ An và chọn nơi đây làm đại bản doanh trong nhiều năm. Sau khi giành độc lập, nhà Lê lập Nghệ An thừa tuyên, sau đổi thành Xứ Nghệ. Trong thời kỳ Lê – Mạc phân tranh, Nghệ An trở thành địa bàn chiến lược quan trọng và diễn ra nhiều cuộc giao tranh.
Đến thời Tây Sơn, vùng này được gọi là Nghĩa An trấn. Hoàng đế Quang Trung từng cho xây dựng Phượng Hoàng Trung Đô tại khu vực thành phố Vinh ngày nay với ý định đặt kinh đô mới, tuy nhiên dự định này không được thực hiện do ông qua đời sớm. Đầu triều Nguyễn, Nghệ An được đặt là Nghệ An trấn. Năm 1831, vua Minh Mệnh chia trấn Nghệ An thành hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh.
Trong thời kỳ Pháp thuộc, một số vùng đất của Nghệ An – Hà Tĩnh bị cắt sang Lào thuộc Pháp. Đầu thế kỷ XX, Nghệ An – Hà Tĩnh trở thành cái nôi của phong trào cách mạng với cao trào Xô Viết Nghệ Tĩnh (1930–1931). Đây cũng là quê hương của nhiều nhân vật lịch sử và cách mạng nổi tiếng như Phan Bội Châu, Phan Đình Phùng, Hồ Chí Minh, Lê Hồng Phong, Nguyễn Thị Minh Khai…
Sau năm 1954, Nghệ An có tỉnh lỵ tại thị xã Vinh và nhiều huyện trực thuộc. Giai đoạn 1976–1991, Nghệ An và Hà Tĩnh sáp nhập thành tỉnh Nghệ Tĩnh. Năm 1991, tỉnh Nghệ Tĩnh được tách lại thành hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh như hiện nay. Trong quá trình phát triển, Nghệ An tiếp tục thành lập thêm các đơn vị hành chính như thị xã Cửa Lò, Thái Hòa, Hoàng Mai, và thành phố Vinh được công nhận là đô thị loại I.
Ngày nay, Nghệ An là tỉnh có diện tích lớn nhất Việt Nam, gồm 1 thành phố, 3 thị xã và 17 huyện, đồng thời nổi tiếng với truyền thống hiếu học, yêu nước và cách mạng, đóng góp nhiều nhân tài cho đất nước.