با توجه به موقعیت و منابع استراتژیک هگمتانه، این محوطه احتمالاً پیش از هزارهٔ یکم پیش از میلاد اشغال شده بود، هرچند که شواهد تاریخی و باستان‌شناختی در این مورد وجود ندارد. بنا به گفتهٔ هرودوت، هگمتانه در اواخر سدهٔ هشتم پیش از میلاد به عنوان پایتخت مادها توسط دیاکو برگزیده شد. هرودوت مجتمع شاهانه شامل قصر، خزانه‌داری و اقامت‌گاه نظامی که بر روی تپه‌ای ساخته شده بودند را توصیف می‌کند و می‌گوید که این مجتمع توسط هفت دیوار متحدالمرکز که هر دیوار داخلی از دیوار بیرونی بلندتر بود و بر آن اِشراف داشت، ساخته شد. علی رغم دو سده درگیری در مناطق مادی مرکز زاگرس، آشوریان هیچ‌گونه گزارش روشنی از هگمتانه ارائه نداده‌اند و ممکن است که آن‌ها هرگز در شرق الوند پیش‌روی نکرده باشند. سنت‌های قدیمی دیگری، منشأ شهر هگمتانه را به سمیرامیس افسانه‌ای یا به جمشید نسبت می‌دهند.

شهر هگمتانه را اقوام آریایی ماد (سده ۱۷ پیش از میلاد) بنا نهادند و آن را پایتخت نخستین شاهنشاهی ایرانی قرار دادند.

دوران مادها

برخی معتقدند که «کَر کَشی» که در لوح‌های آشوریان به آن اشاره شده، در محل همدان بوده‌است. آشوریان باستان به شهرهای قوم کاسی، عنوان «کار کاشی» داده بودند، که “ کار“ به معنی قرارگاه یا منزلگاه و “ کاشی “اسم قوم“ کاسی“ است. و از این رو گویند که اسم قبلی هگمتانه، «اکسایا» یعنی شهر کاسی‌ها بوده‌است.

مادها، گروهی از اقوام آریایی بودند، که در شمال، مرکز و غرب ایران ساکن شدند. عواملی مانند: رشد اجتماعی و فرهنگی، تماس با گروه‌های بومی ساکن فلات ایران، وجود همسایگانی قدرتمند و احساس نیازهای جدید سیاسی و اجتماعی، آنها را وادار به اتحاد و ایجاد حکومتی مقتدر نمود، به طوری که قوی‌ترین قوم آن روزگار یعنی آشوری‌ها را، برای همیشه از صفحهٔ روزگار محو کردند.

گزارش‌های مورخین یونانی از ساختار قلعه

دیگر مورخین یونانی چون پلیبیوس، کتزیاس، ژوستین و گزنفون نیز دربارهٔ هگمتانه مطالبی جمع‌آوری کرده‌اند. دیااکو پس از اینکه هگمتانه را به پایتختی خود برگزید، تصمیم به ساخت قصری عظیم و مستحکم، به صورت هفت قلعهٔ تو در تو، گرفت. به طوری که کاخ پادشاهی و خزانه، در درون قلعهٔ هفتم قرار داشته باشند. دیااکو به تقلید از رنگ‌آمیزی قصرهای بابلی دستور داده بود، کنگره‌های هر قلعه را به رنگی مخصوص در آورند.

به این ترتیب: رنگ کنگره‌های قلعه اول؛ سفید، دومی؛ سیاه، سومی؛ ارغوانی، چهارمی؛ آبی، پنجمی؛ نارنجی و کنگره در باروی داخلی؛ سیمین و زرینبودند. محیط بیرونی‌ترین دیوار قلعه، تقریباً به اندازهٔ حصار شهر آتن بوده‌است.

قصر شاهی، که در آخرین قلعهٔ درونی بر پا شده بود، دارای صدها اتاق بوده و مردم نیز خانه‌های خود را بیرون این قلعه‌ها و در کنار آن ساخته بودند. بنا به درخواست دیااکو، قوم ماد شهرهای کوچکی را که در آن می‌زیسته‌اند، رها ساخته و پایتخت را مورد توجه قرار دادند و در اطراف قلعه شاهی، خانه‌های خود را بنا کردند. پلیبیوسمورخ یونانی (۲۰۴ تا ۱۳۲ قبل از میلاد) می‌نویسد: «در دامان کوه اورنت، («اورنت» یا «اورانتس» = الوند)، شهر هگمتانه با قلعه و ارگ مستحکم و حیرت‌آوری قرار گرفته و قصر شاهی در داخل آخرین قلعه آن استوار گردیده‌است. وضع ساختمانی، آرایش عجیب و تزئیناتی که در آن به کار رفته به نحوی بوده، که توصیف آن مبالغه‌آمیز به نظر می‌رسد. چوب‌هایی که در آن به مصرف رسیده، پوشیده از زر و سیم است. درها، ستون‌ها و رواقهای آن، با هزاران گونه کنده‌کاری و نقش و نگار آراسته شده‌اند. یک دیوار بی‌پیرایه و یک تیر عاری از زیور، در آن کاخ نیست. حتی کاشی‌هایی که زینت‌بخش «ازاره‌ها» و دیواره‌های درونی قصر است، با پوششی از آب نقره، سیم اندود گشته و همهٔ چوب‌ها از جنس سرو و کاج هستند.»

کتزیاس مورخ یونانی و پزشک معروف اردشیر دوم هخامنشی (۴۰۴ تا ۳۰۵ قبل از میلاد) می‌نویسد: ««سمیرامین» ملکهٔ آشور، پس از دیدن وضعیت شهر و موقعیت مناسب آن دستور داده، که برای او در آنجا کاخی بسازند و چون دیده‌است که در شهر جدیدالاحداث کمبود آب وجود دارد، دستور داده تا با صرف هزینه‌ای گزاف، نهری ساخته و آب دریاچه‌ای را که در آن سوی کوه اورنت (الوند) است، به این شهر سرازیر نمایند.»

ابوبکر احمد بن محمد اسحاق همدانی – معروف به ابن فقیه - در کتاب البلدان خود، که در حدود سال ۲۹۰ هجری به تحریر درآمده، به نقل از یکی از دانشمندان پارسی می‌نویسد: «همدان بزرگ‌ترین شهر جبال و حدود چهار فرسنگ در چهار فرسنگ بوده‌است.»

بخت النصر بعد از فتح و ویرانی بیت المقدس، فرمانده‌ای به نام صقلاب را به قصد تصرف همدان می‌فرستد، ولی وی با عدم موفقیت مواجه‌شده و طی نامه‌ای به بخت النصر می‌نویسد: «من به شهری آمده‌ام، دارای بارویی بلند و سرکش و مردمی بسیار و کوی و برزن‌هایی فراخ و رودهای فراوان.».

دورهٔ هخامنشیان

پس از انقراض مادها، هر چند هگمتانه مرکزیت نخستین را نیافت، ولی به جهت قرار گرفتن در مسیر راه شاهی، که پارسه (تخت جمشید) را به سارد متصل می‌کرد، به عنوان پایتخت تابستانی هخامنشیان مورد توجه خاص بود و از این رو آن را آباد کردند.

در زمانی که داریوش سوم با اسکندر مواجه می‌شود، هگمتانه به صورت ویرانه‌ای بوده‌است. ولی داریوش سوم بنا به پیشنهاد یاران خود، دستور می‌دهد در میانهٔ شهر، کوشکی بزرگ که آن را ساروق می‌نامیدند، بسازند. در این کوشک، سیصد مخفی‌گاه برای گنجینه‌ها و دارایی‌ها بر پا شد و برای آن هشت درب آهنین ساختند، که همه دو اشکوبی (دو لختی) و هر اشکوب، به بلندای دوازده گز بود.

چنانکه ملاحظه شد، دربارهٔ چگونگی احداث و نام بنیانگذاران هگمتانه در بین مورخین یونانی، اتفاق نظر وجود ندارد. مورخین اسلامی نیز در این زمینه با یکدیگر اختلاف نظر دارند. در مورد محل دقیق آن هم نظریات متفاوتی ارائه شده‌است. گر چه اکثر مورخین، پژوهشگران و باستان شناسان مانند مرحوم مصطفوی، پروفسور گیریشمن، اشمیت، لوشای و پرا دارا، تپه‌ای را که هم اکنون در شهر همدان به نام هگمتانه معروف است، محل اصلی شهر باستانی هگمتانه می‌دانند.

دورهٔ پارتیان

سنگ‌نوشتهٔ یونانی بر روی تندیس هرکول در بیستون که قدمت آن به سال ۱۴۹/۱۴۸ پیش از میلاد تاریخ‌گذاری می‌شود، به کلئومنز به‌عنوان ساتراپ «ایالت‌های بالا» (ماد) اشاره می‌کند؛ به نظر می‌رسد که ماد و هگمتانه تا سال ۱۴۷ پیش از میلاد، یعنی تا زمان پادشاهی مهرداد یکم، سقوط نکرده بودند. آنتیوخوس هفتم در سال ۱۳۰ پیش از میلاد به قصد بازگردانی قدرت سلوکی به ایران، احتمالاً برای مدت کوتاهی در هگمتانه توقف کرد، چنانکه تیگران دوم نیز در سال بعد برای حمله به مهرداد دوم، مدتی در هگمتانه بود. پارتیان همچنان از هگمتانه به عنوان پایتخت تابستانی و ضرابخانهٔ سلطنتی استفاده می‌کردند. سازه‌های پارتی در شهر، دژی که بر تپه مصلی قرار داشت را شامل می‌شد.

دورهٔ ساسانی

هگمتانه تا سال ۲۲۶ میلادی به پارتیان وفادار ماند، تا اینکه به همراه آتروپاتن (آذربایجان) از سمت شمال به تسخیر اردشیر بابکان درآمد. در اینجا مدارک متناقضی وجود دارد که آیا هگمتانه به عنوان کاخ تابستانی به کار رفته است یا نه. بنابر گفتهٔ ابن فقیه همدانی، ساختمان‌هایی بین تیسفون، پایتخت ساسانیان و کوه الوند و نه فراتر از آن، حتی همدان ساخته شد. شهر در مدت کوتاهی بعد از جنگ نهاوند در ۲۳ ه.ق/۶۴۲ م به دست مسلمین افتاد و مرکز استان شد.

 نتایج حفاری‌های تپه هگمتانه

در حفاری‌های باستان‌شناسی سالهای اخیر در تپه هگمتانه مشخص شده‌است که محل کاخ و بناهای اشاره شده، در تپه هگمتانه کنونی واقع بوده‌است.

از جمله ویژگیهای شهر باستانی هگمتانه، معماری و طرح و نقشه منظم این شهر بوده، که در بین آثار باستانی به دست آمده کم‌سابقه‌است. آثار کشف شده حاکی از وجود یک شبکهٔ منظم و پیشرفتهٔ آب‌رسانی در شهر حکومتی مادها و پارت‌ها است. در فواصل بین کانالهای آب رسانی، معابری بر عرض ۵/۳ متر وجود داشته و کف این معابر، تماماً با آجرهای مربع شکل و منظمی، مفروش بوده‌است. تحقیقات نشان داده که در فواصل ۳۵ متری بین معابر، دو سری واحدهای ساختمانی قرار دارند، که هر کدام شامل یک حیاط مرکزی (هال) است، با اتاق‌ها و انبارهایی به صورت قرینه در گرداگرد آن. به شکلی که هر واحد ساختمانی، فضایی در حدود ۵/۱۷ * ۵/۱۷ متر را در بر می‌گیرد. معابر مذکور با عرض ۵/۳ متر و پی بندی آجری در بخش وسیعی از تپه گسترش داشته و جهت شمال شرقی به جنوب غربی دارند.

پیشینهٔ حفاری‌های علمی این تپه، به سال ۱۹۱۳ میلادی بر می‌گردد، که هیئتی فرانسوی از طرف موزهٔ لوور پاریس به سرپرستی شارل فوسی، کاوش‌هایی در تپه هگمتانه انجام داد. ولی نتایج این کاوشها هیچ‌گاه منتشر نشد.

در طی ۱۰ فصل حفاری انجام شده از سال ۱۳۶۲ تا ۱۳۷۸، که حدود ۱۴۰۰۰ متر مربع از بقایای این شهر مورد کاوش قرار گرفت، یکی از کهن‌ترین دوره‌های تمدّن بشری نمایان شده‌است. همچنین یک حصار طولانی به ارتفاع ۹ متر و دو برج عظیم و کم‌نظیر در درون آن کشف شده‌است. از جمله کاوشهای علمی سال ۱۳۶۲ تا کنون که به سرپرستی آقای دکتر محمد رحیم صراف به انجام رسیده، منجر به شناسایی شهر بزرگی در دل تپه هگمتانه شده‌است.

همچنین ادامه کاوش‌ها، بخش‌هایی از حصار عظیم شهر به قطر ۹ متر و ارتفاع ۸ متر را آشکار ساخته‌است. این حصار در فواصل معین، دارای بر جهان عظیم بوده، که هگمتانه قدیم را در بر می‌گرفته‌است.

به طور کلی این تپه در طول یکصد سال اخیر بارها مورد حفاری باستان شناسان داخلی و خارجی قرار گرفته‌است. ضمناً در طول حفاریهای انجام شده، آثار ارزشمند و بی‌نظیری کشف گردیده، که اغلب متعلق به دوران هخامنشیان و نیاکان آنهاست.