Постојање људских насеља на подручју данашњег Новог Сада може се пратити у континуитету од млађег каменог доба - неолита (од око 4500. године п. н. е.). Поред подручја Петроварадина, на којем су нађени трагови насеља из скоро свих епоха, на Бачкој страни Дунава (на Клиси, Сланој Бари, Старом Граду и Детелинари) такође су пронађени трагови праисторијских насеља из каменог, бакарног, бронзаног и гвозденог доба.
Најстарији археолошки остаци (из времена каменог доба) пронађени су са обе стране Дунава, на подручју данашњег Петроварадина (који је у континуитету настањен од праисторије до данас) и подручју данашње Клисе. Истраживањем остатака насеља из млађег бронзаног доба (3000. година п. н. е.) на подручју данашњег Петроварадина, археолози су пронашли и бедеме појачане кољем и палисадама из тог периода, који сведоче да је још у време вучедолске културе овде постојало утврђено насеље.
Средином 6. века, подручје насељавају Словени. У 9. веку, тврђава Петрикон (или на словенским језицима - Петрик) улази у састав Бугарског царства, а у 11. веку њом влада сремски војвода Сермон, чији су златници у 19. веку пронађени у једном петроварадинском винограду. Пошто је Бугарска поражена од Византије а Сермон убијен, тврђава поново постаје део Византије, да би, после борби Византинаца и Мађара, крајем 12. века, ушла у састав средњовековне Краљевине Угарске. На подручју Бачке, угарска власт се устаљује нешто раније, током 10. века.
У време Османске управе познат под именом Варадин, Петроварадин је био седиште нахије у оквиру Сремског санџака. Подграђе тврђаве имало је око 200 кућа, ту се налазила Сулејман-ханова џамија, а постојале су и две мање џамије, Хаџи-Ибрахимова и Хусеинова. Поред две турске махале, у саставу града налазила се и хришћанска четврт са 35 кућа, насељених искључиво Србима Од праисторије па све до краја 17. века, центар урбаног живота на подручју данашњег града налазио се на сремској страни Дунава, на простору данашњег Петроварадина, који је својим значајем увек засењивао насеља на бачкој страни. Оснивањем Рацке вароши, потоњег Новог Сада, средиште локалног урбаног живота ће се током 18. века дефинитивно померити на бачку обалу Дунава.