Descritta da Livio come una delle Capitae Etruriae (capitali etrusche), si ritiene che Arezzo (Aritim in Etrusco) sia stata una delle dodici città etrusche più importanti: la cosiddetta Dodecapolis, parte della Lega etrusca.
Resti etruschi stabiliscono che l’acropoli di San Cornelio, una piccola collina accanto a quella di San Donatus, fu occupata e fortificata nel periodo etrusco.
Vi sono altre significative testimonianze etrusche: parti di mura, una necropoli etrusca sul Poggio del Sole (ancora chiamato “Collina del Sole”) e, più famoso, i due bronzi, la “Chimera di Arezzo” (V secolo a.C.) e la “Minerva” (IV secolo a.C.) che furono scoperti nel XVI secolo e portati a Firenze. Le crescenti connessioni commerciali con la Grecia portarono anche alcuni pezzi preziosissimi ai nobili etruschi di Arezzo: il cratere dipinto da Eufronio c. 510 aC raffigurante una battaglia contro le Amazzoni (nel Museo Civico, Arezzo 1465) è insuperabile.
Conquistato dai romani nel 311 a.C., Arretium divenne una stazione militare sulla via Cassia, la strada attraverso la quale Roma si espandeva nel bacino del Po. Arretium si schierò dalla parte di Marius (157-86 a.C.) nella Guerra Civile Romana e il vittorioso Silla (circa 138-78 a.C.) piantò una colonia dei suoi veterani nella città semidistrutta Arretium Fidens (“Fedele Arretium”).
L’antica aristocrazia etrusca non si estinse: Gaius Cilnius Mecenate, il cui nome è diventato omonimo di “patrono delle arti”, proveniva dal nobile ceppo etrusco. La città continuò a prosperare come Arretium Vetus (“Vecchia Arretium”), diventando la terza città più grande in Italia nel periodo augustea, ben nota in particolare per i suoi manufatti ceramici, oggetto di grande esportazione, i caratteristici articoli di Aretine modellati e smaltati, suppellettili di argilla scura e vasi dipinti di rosso (i cosiddetti vasi “corallo”).
Arezzo è situata su una ripida collina che sale dalla pianura alluvionale del fiume Arno. Nella parte alta della città si trovano la cattedrale, il municipio e la Fortezza Medicea, da cui le strade principali si diramano verso la parte inferiore fino alle porte. La parte alta della città mantiene immutato il proprio aspetto medievale: nel medioevo nonostante il crollo del mondo romano e le invasioni barbariche, Arezzo mantenne prestigio ed importanza. Fu uno dei primi centri occupati dai Longobardi, che costruirono castelli e pievi, così come avvenne a Siena. Dopo la vittoria dei Franchi sui Longobardi, la città entrò a far parte del Sacro Romano Impero Carolingio.
