Từ năm 1653 đến giữa thế kỷ XIX, Nha Trang vẫn là một vùng đất còn hoang vu và nhiều thú dữ thuộc Hà Bạc, huyện Vĩnh Xương, phủ Diên Khánh. Chỉ qua hai thập niên đầu thế kỷ XX, bộ mặt Nha Trang đã thay đổi nhanh chóng. Với Nghị định ngày 30 tháng 8 năm 1924 của Toàn quyền Đông Dương, Nha Trang trở thành một thị trấn. Thị trấn Nha Trang hình thành từ các làng cổ: Xương Huân, Phương Câu, Vạn Thạnh, Phương Sài, Phước Hải.
Thời Pháp thuộc, Nha Trang được coi là tỉnh lỵ của tỉnh Khánh Hòa. Các cơ quan chuyên môn của chính quyền thuộc địa như Tòa Công sứ, Giám binh, Nha Thương chánh, Bưu điện… đều đặt tại Nha Trang. Tuy nhiên, các cơ quan Nam triều như dinh quan Tuần vũ, Án sát (coi về hành chánh, tư pháp), Lãnh binh (coi việc trật tự trị an) vẫn đóng ở Thành Diên Khánh (cách Nha Trang 10 km về phía Tây Nam).
Đến Nghị định ngày 7 tháng 5 năm 1937 của Toàn quyền Đông Dương, Nha Trang được nâng lên thị xã. Lúc mới thành lập, thị xã Nha Trang có 5 phường: Xương Huân là phường đệ nhất, Phương Câu là phường đệ nhị, Vạn Thạnh là phường đệ tam, Phương Sài là phường đệ tứ, Phước Hải là phường đệ ngũ.
Ngày 27 tháng 1 năm 1958, chính quyền Ngô Đình Diệm ban hành Nghị định 18-BNV bãi bỏ quy chế thị xã, chia Nha Trang thành 2 xã là Nha Trang Đông và Nha Trang Tây thuộc quận Vĩnh Xương.
Ngày 22 tháng 10 năm 1970, sắc lệnh số 132-SL/NV của chính quyền Việt Nam Cộng hòa lấy 2 xã Nha Trang Đông, Nha Trang Tây và các xã Vĩnh Hải, Vĩnh Phước, Vĩnh Trường, Vĩnh Nguyên, các ấp Phước Hải (xã Vĩnh Thái), Vĩnh Điềm Hạ (xã Vĩnh Hiệp), Ngọc Thảo, Ngọc Hội, Lư Cấm (xã Vĩnh Ngọc) thuộc quận Vĩnh Xương cùng các hải đảo Hòn Lớn, Hòn Một, Hòn Mun, Hòn Miễu, Hòn Tằm tái lập thị xã Nha Trang, tỉnh lỵ tỉnh Khánh Hòa. Thị xã Nha Trang chia làm 2 quận: quận 1 và quận 2. Quận 1 gồm các xã Nha Trang Đông, Vĩnh Hải, Vĩnh Phước, các ấp Ngọc Thảo, Ngọc Hội và Lư Cấm thuộc xã Vĩnh Ngọc, ấp Vĩnh Điềm Hạ thuộc xã Vĩnh Hiệp; Quận 2 gồm các xã Nha Trang Tây, Vĩnh Trường, Vĩnh Nguyên (kể cả các đảo Hòn Tre, Hòn Một, Hòn Mun, Hòn Tằm), ấp Phước Hải của xã Vĩnh Thái.
Tiếp đó, nghị định số 357-ĐUHC/NC/NĐ ngày 5 tháng 6 năm 1971, chia thị xã Nha Trang thành 11 khu phố: quận 1 có các khu phố Vĩnh Hải, Vĩnh Phước, Ngọc Hiệp, Vạn Thạnh, Duy Tân; Quận 2 có các khu phố Vĩnh Nguyên, Vĩnh Trường, Phương Sài, Tân Phước, Tân Lập, Phước Hải. Đến Nghị định số 553-BNV/HCĐP/NV ngày 22 tháng 8 năm 1972 đổi các khu phố thành phường. Nghị định số 444-BNV/HCĐP/26.X ngày 3 tháng 9 năm 1974 sáp nhập các đảo Hòn Một, Hòn Cậu, Hòn Đụn, Hòn Chóp Vung, Hòn Đỏ vào phường Vĩnh Hải (quận 1) và Hòn Ngọc vào phường Vĩnh Nguyên (quận 2) thị xã Nha Trang.
Ngày 2 tháng 4 năm 1975, Quân giải phóng tiếp quản Nha Trang. Ngày 6 tháng 4 năm 1975, Ủy ban Quân quản Khánh Hòa chia Nha Trang thành 3 đơn vị hành chính: quận 1, quận 2 và quận Vĩnh Xương.
Tháng 9 năm 1975, hợp nhất hai quận: quận 1 và quận 2 thành thị xã Nha Trang, gồm 17 phường: Lộc Thọ, Ngọc Hiệp, Phước Hải, Phước Hòa, Phước Tân, Phước Tiến, Phương Sài, Phương Sơn, Tân Lập, Vạn Thắng, Vạn Thạnh, Vĩnh Hải, Vĩnh Nguyên, Vĩnh Phước, Vĩnh Thọ, Vĩnh Trường, Xương Huân.
Ngày 30 tháng 3 năm 1977, theo quyết định số 391-CP/QĐ của Hội đồng Chính phủ nước Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Việt Nam, thị xã Nha Trang được nâng lên cấp thành phố trực thuộc tỉnh và là tỉnh lỵ tỉnh Phú Khánh (bao gồm hai tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa hiện nay). Phần đất 7 xã của huyện Vĩnh Xương cũ trước đây là Vĩnh Thái, Vĩnh Ngọc, Vĩnh Hiệp, Vĩnh Lương, Vĩnh Trung, Vĩnh Thạnh, Vĩnh Phương được cắt ra khỏi huyện Khánh Xương sáp nhập vào Nha Trang.
Ngày 27 tháng 3 năm 1978, thành lập xã Phước Đồng thuộc vùng kinh tế mới.
Ngày 1 tháng 7 năm 1989, tái lập tỉnh Khánh Hòa từ tỉnh Phú Khánh cũ, Nha Trang là tỉnh lỵ tỉnh Khánh Hòa.
Ngày 19 tháng 11 năm 1998, chia phường Phước Hải thành 2 phường: Phước Hải và Phước Long.
Ngày 22 tháng 4 năm 1999, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 106/1999/QĐ-TTG công nhận thành phố Nha Trang là đô thị loại II.
Ngày 15 tháng 3 năm 2002, chia phường Vĩnh Hải thành 2 phường: Vĩnh Hải và Vĩnh Hòa.
Ngày 22 tháng 4 năm 2009, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 518/QĐ-TTg công nhận thành phố Nha Trang là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Khánh Hòa.