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.