M.Ö. 336’da Büyük İskender Persleri yenerek Anadolu’nun birçok yerinde olduğu gibi Bolu’yu da ele geçirdi. Büyük İskender’in ölümü üzerine Makedonya yıkılınca Bolu bölgesinde Bitinya Krallığı kuruldu. Yazılı belgeler, o dönemlerden kalan arkeolojik eserler ve tarih kaynaklarına göre, Trak göçleri sonunda Sakarya ve Filyos Nehrinin yayı içine yerleşen halk "Bithyn" ismi ile anılıyordu. Bu yüzden Bolu'nun da içinde bulunduğu Kuzeybatı Anadolu'ya "Bithynia" denilmiştir. Bithynler tarafından Salonia Campus denilen Bolu Ovası ve çevresinin adı Romalılar tarafından “Claudio Polis” olarak değiştirilmiştir. Bolu isminin de “Polis”ten geldiği sanılmaktadır. Üç tepe üzerinde kurulmuş olan şehir içte ve dışta surlara sahipti. Şehrin kuzeyinde Halı Hisarı bölgesinde bu surların kalıntıları görülebilmektedir. 1071 Malazgirt zaferinden sonra batıya yayılan Türkmenler 3 yıl sonra Bolu’ya yerleştiler. Bu dönemde şehir, Türk hakimiyetine girdi. Türklerin yerleşmesiyle birlikte Bolu, önemli bir ticaret ve kültür merkezi haline geldi.
Selçuklu Devleti’nin komutanları Artuk, Tutuk, Danişmend, Karateki ve Saltuk Beyler Süleyman Şah’ın emrinde İstanbul sınırına dayandılar. Bu akınlar sırasında Bolu, Horasanlı Aslahaddin tarafından fethedilmiştir. Bolu Yöresine Osmanlı akını ilk kez Osman Gazi tarafından başlatılmıştır. Bolu yöresinin tamamının fethedilmesi ise Orhan Gazi döneminin ilk yıllarına (1324 - 1326) rastlar. Bir başka rivayete göre Osmanlılar zamanında bölgede, bol miktarda Uluğ-Alim olması nedeniyle önceleri “Bol Uluğ” olarak adlandırılan yer, zamanla “BOLU” olarak isimlendirilmiştir. Yıldırım Beyazid'in ölümüyle başlayan şehzadeler savaşına Bolu, birçok kez sahne oldu. Bolu, Ankara Savaşı sonrası Timur’un yağmalamadığı bölgeler arasında yer aldı ve bu tehlike sona erdikten sonra, Osmanlı Devleti’nin ikinci kurucusu olarak kabul edilen Çelebi Mehmet’i Kızık Yaylasında ağırlayan bir bölge haline geldi. Çelebi Mehmet’in Osmanlı Devleti’nin birliğini sağlamasından sonra ise Bolu, düzenli bir yönetim altına alındı. 1324 – 1692 yılları arasında Bolu, 36 kazası olan bir sancak beyliği olarak varlığını sürdürdü. XVI. Yüzyılda Bolu, ikinci derece şehzade sancaklarından biri olarak kabul edildi. II. Bayezit döneminde Şehzade Süleyman (Kanuni) buraya atanmıştır. 1683-1792 yılları arasında Bolu, Voyvodalıkla yönetilmiştir. II. Mahmut döneminde ise Mutasarrıflığa dönüştürülmüştür (1811). Tanzimat sonrası Bolu; Kastamonu eyaletine bağlanmıştır (1864). 1909 yılında ise tekrar Mutasarrıflığa dönüştürülmüştür. Mondros Mütarekesi’nin yürürlüğe girmesi ve İzmir’in işgal edilmesinin ardından Bolu yöresinde ilk Müdafa-i Hukuk Cemiyeti Gerede’de örgütlenmiştir. Bolu 1. Dünya Savaşı’nda ve sonrasında düşman işgaline uğramamış, ancak maddi zarar görmüştür. Mustafa Kemal Paşa liderliğinde gerçekleşen milli mücadele dönemlerinin sonunda Bolu, 10 Ekim 1923'te Mutasarrıflık statüsünü tamamlayarak vilayet haline getirilmiştir
