Kazan werd door de Wolga-Bolgaren gesticht als fort op de grens met naburige Finse volkeren (Mari's, Oedmoerten). Wanneer dit precies gebeurde is onderwerp van discussie, aangezien geschreven bronnen uit die tijd dun gezaaid zijn. De schattingen variëren van het begin van de 11e eeuw tot het eind van de 13e eeuw. Echter, de eerste vermelding van de stad in een Russische kroniek staat onder het jaar 1177. Ook over de precieze locatie van de oorspronkelijke citadel bestaat twijfel. Archeologische opgravingen hebben vondsten opgeleverd op drie verschillende plaatsen in de moderne stad. De oudste resten bleken die in het Kremlin te zijn en werden gedateerd als 11e-eeuws.

In de 13e eeuw werd Kazan een toevluchtsoord voor mensen uit steden die door de Mongolen, in Rusland Tataren genoemd, waren verwoest. Vervolgens werd Kazan het centrum van een vorstendom binnen de Gouden Horde.

Na de val van de Gouden Horde werd Kazan in 1438 de hoofdstad van het machtige kanaat Kazan. De stad ontwikkelde zich tot het belangrijkste handelscentrum van de regio. De vestingwerken werden hersteld, zodat Kazan goed verdedigd kon worden. In 1487 werd de stad kort bezet door de Russen, die zich echter al snel terugtrokken.

  Zie ook: Wolga-Tataren

In 1552 werd Kazan veroverd door de troepen van de Russische tsaar Ivan IV (de Verschrikkelijke). Veel van de islamitische Tataren werden gedood, onderdrukt of -al dan niet gedwongen- gekerstend. Moskeeën en paleizen werden verwoest. De overgebleven Tataren werden uit de stad verbannen en kregen een nieuw woongebied 50 km van Kazan. Er vestigde zich een omvangrijke Russische bevolking in de stad. Tataren die voor de Russen werkten woonden in een speciale Tataarse wijk, waar zich later ook Tataarse kooplieden en ambachtslui vestigden. De Russen en de oorspronkelijke bevolking leefden grotendeels langs elkaar heen.

Kazan werd meermalen door brand verwoest. Na een grote brand in 1579 werd het icoon van de Madonna van Kazan ontdekt. Tijdens de Tijd der Troebelen werd de onafhankelijkheid van het kanaat Kazan hersteld, maar al in 1612 kwam daar wederom een einde aan.

In 1708 werd het Kanaat opgeheven en werd Kazan het bestuurlijk centrum van een goebernija (provincie). Nadat Peter de Grote de stad had bezocht kreeg Kazan een werf waar schepen voor de Kaspische vloot gebouwd werden. De stad werd grotendeels verwoest door de troepen van Jemeljan Poegatsjov in 1774, maar al snel daarna, onder het bewind van Catharina de Grote, herbouwd. Catharina stond ook de bouw van moskeeën opnieuw toe, maar, hoewel vele leidende families werden opgenomen in de Russische adel, bleven de niet-christelijke Tataren tweederangsburgers.

Aan het begin van de 19e eeuw werd de Staatsuniversiteit van Kazan gesticht en verschenen er drukkerijen in de stad. In 1801 werd de koran voor het eerst in Kazan gedrukt. Tegen het eind van de 19e eeuw had de stad zich ontwikkeld tot een industrieel centrum. Mensen van het platteland trokken naar Kazan, op zoek naar werk. In 1875 kwam een paardentramlijn in bedrijf, in 1899 volgde de elektrische tram.

Na de revolutie van 1905 kregen de Tataren de ruimte Kazan weer tot het centrum van hun cultuur te maken. Een Tataars theater opende zijn deuren en er verscheen een krant in het Tataars. Kazan werd in 1918 de hoofdstad van de staat Idel-Oeral, die slechts een kort leven beschoren zou zijn. In 1919 werd Kazan de hoofdstad van de nieuwe Tataarse Autonome Socialistische Sovjetrepubliek. Een groot deel van de kerken en moskeeën van de stad werd verwoest in de jaren 1920 en 1930, zoals overal in de Sovjet-Unie gebeurde.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog werden vele fabrieken uit de frontlinie naar Kazan verplaatst. De stad werd een centrum van de militaire industrie en produceerde tanks en vliegtuigen.

Na de val van de Sovjet-Unie bloeide een vorm van Tataarse cultuur in Kazan opnieuw op. Separatistische gevoelens werden toen ook aangewakkerd. De stad vierde haar millennium in 2005, het jaar waarin ook grootste moskee van Rusland in de stad werd geopend en het heiligste exemplaar van de Madonna terugkeerde naar Kazan. De datum van het jubileum was echter redelijk arbitrair vastgesteld.