В средине 9 века на берегу реки Везер возникло маленькое поселение, которое благодаря удачному географическому положению быстро развивалось и стало центром транзитных перевозок. Жители Бремена занимались тогда сельским хозяйством, разведением скота, рыболовством, ремеслом и торговлей.
Еще в конце 13 века в Бремене было основано епископство, подчинённое Архиепископству Кёльнскому. В 845 году норманны разграбили Гамбург, его архиепископ Ансгар в 848-849 годах перенёс свою резиденцию в Бремен. Так возникло Архиепископство Бременское. Деревянная церковь была построена в 789 году епископом Виллехадом в период распространения христианства на севере Европы. В 850 году на Бремен напали датские викинги, разрушившие церковь.
Выстроенный по приказу архиепископа Ансгара каменный собор и замок рядом с ним впоследствии окружили валом, рвом, стенами и воротами. Район собора многие столетия оставался закрытым и независимым церковным районом. Вокруг него развивалось поселение, которое со временем слилось с окружающим торговым поселением.
В 888 году архиепископ Римберт добился от короля Арнульфа Каринтийского рыночного и монетного уставов, а также таможенного права, что весьма способствовало развитию города. Рынок, на который периодически приезжали купцы, со временем стал еженедельным. Тогда же стали чеканиться первые бременские монеты.
В 937 году король Оттон I Великий взял город под свою защиту и передал архиепископу королевские земельные владения в Бремене. 10 августа 965 года он подтвердил рыночный и монетный уставы и таможенное право, а через 3 года разрешил проводить две ярмарки в год: неделю до Троицы и неделю в начале ноября.
В 1041 году Бремен пострадал от пожара. После восстановления начался экономический взлёт города, продолжавшийся до 1072 года. Он основывался на торговле зерном, рыбой, древесиной и пивом с Норвегией, Англией и северными Нидерландами, землями на Везере, в Саксонии и Вестфалии, а позднее – с городами Балтийского моря. В результате Бремен стал значительным торговым центром на севере Германии. Помимо торговли на осушенных голландскими переселенцами болотистых территориях к востоку от Бремена, а также на левом берегу Везера успешно развивалось сельское хозяйство.
В 1186 году император Фридрих I Барбаросса с согласия епископа Хартвига II предоставил городу и горожанам первый гражданский закон. В соответствии с ним власть в городе более не принадлежала церкви, а переходила к императору и комитету горожан. Так Бремен стал Вольным Имперским городом . Символами этой свободы стали воздвигнутые на главной площади Роланд (1404 год) и здание ратуши (1409 год).
Тем не менее, у бременцев случались конфликты с архиепископом как с земельным феодалом, пока в 1233 году архиепископ Гебхард II не подтвердил самостоятельность и городское право Бремена. После этого он развивался во всё более независимый от епископа имперский город.
В начале 13 века Бремен насчитывал около 10 тысяч жителей. В этот период комитет горожан превратился в городской Совет, который теперь уже на равных вёл дела с архиепископом. В Совете с самого начала господствовали представители состоятельных горожан. С 1330 года представители 30 самых богатых семей Бремена держали в своих руках экономику города и назначали исполнительный комитет. Во главе его с 1344 года стоял бургомистр.
История Бремена в позднее средневековье была наполнена борьбой между различными партиями в городском Совете, борьбой цеховых гильдий с патрициатом, восстаниями ремесленников против муниципалитета. Беспорядки и восстания происходили в Бремене в 1304-1305, 1350, 1365-1366, 1532 и 1562 годах.
Как важный торговый город на севере Германии Бремен был членом торгового и политического Ганзейского союза северо-немецких городов и неоднократно исключался из него по различным причинам (за отказ от участия в блокаде Норвегии, бойкоте Фландрии, нежелание бороться с фризскими пиратами и т. д.).
В 15 веке развитию Бремена серьёзно мешали нападения и грабежи его территорий банд фризских разбойников и особенно графов Ольденбургских, с которыми до 1482 года приходилось вести постоянную борьбу. Тем не менее Бремен стал важным торговым городом Германии и Ганзейского союза, и тогда же в нём возникли торговые компании. Бременский торговый флот в середине 16 века насчитывал 65, а в конце века – 107 кораблей.
Протестантская Реформация началась в Бремене в 1522 году благодаря проповедям монаха-августинца Генриха фон Цютфена. После того, как лютеранская вера победила в Бремене, в 1531 году он присоединился к Шмалькальденскому союзу протестантских князей и городов. Во время Шмалькальденской войны в 1547 году он дважды подвергался осаде католическими войсками. Под стенами Бремена граф Альбрехт III фон Мансфельд разгромил имперское войско герцога Эриха II Брауншвейг-Люнебургского.
Во время Тридцатилетней войны (1618–1648) Бремен первоначально придерживался нейтралитета и лишь в 1632 году поддержал шведов. В 1646 году он добился от императора Фердинанда III получения статуса Свободного Имперского города. После войны по Вестфальскому миру 1648 года из секуляризованных Архиепископства Бремен и епископства Ферден было образовано Герцогство Бремен-Ферден, отошедшее к Швеции. Сам Бремен остался субъектом империи.
Притязания Швеции на сам город привели к войнам между ними в 1654 и 1665 годах. Хотя Бремену удалось отстоять свою независимость, по Габенгаузенскому миру 1666 года ему пришлось пойти на некоторые уступки. После покупки в 1715 году Герцогства Бремен-Ферден Курфюршеством Ганновер (Брауншвейг-Люнебургом) Бремену пришлось противостоять уже новым соперникам. Хотя он отстоял свой суверенитет, по договору 1741 года был вынужден уступить Ганноверу значительные части своих земель в области.
В 1802–1803 годах была проведена реорганизации политических единиц Священной Римской империи и упразднения вольных и имперских городов Бремен сохранил независимость. В 1811 году французский император Наполеон I включил его в состав Франции и сделал столицей департамента «Устье Везера» (Départements des Bouches du Weser). После поражения Франции в 1814 году французские войска ушли из города.
В 1815 году как суверенное государство Бремен вошёл в состав созданного по решению Венского конгресса Германского союза, в 1867 году – в Северогерманский союз, в 1871 году – в учреждённую Германскую империю.
С конца 18 века Бремен стал важным центром немецкой морской торговли. Уже в 1783 бременские коммерсанты начали прямую трансатлантическую торговлю с США. В 1817 году на его верфях был построен первый немецкий пароход, который затем осуществлял пассажирские и почтовые перевозки на Везере и связал город с находящимся в 60 километрах в устье Везера районом Бремерхафена. В 1827 году из-за возраставшего заноса песком Везера Бремен купил у Королевства Ганновер поселение Бремерхафен, в котором построил морской порт.
После снятия существовавших до 1848 года таможенных ограничений во второй половине 19 века начала развиваться промышленность Бремена (судостроение, машиностроение). В 1907 году был запущен металлургический завод, началось производство автомобилей. Одновременно с экономическим развитием в 19 – начале 20 века стремительно росло его население. В 1812 - 35 тысяч человек, в 1875 году – 100 тысяч, а в 1911 году город имел уже 250 тысяч жителей.
После Первой Мировой войны 1914–1918 годов в ходе Ноябрьской революции 1918 года власть в Бремене перешла в руки Советов рабочих и солдатских депутатов. Пришедшие к власти коммунисты и социалисты в январе 1919 года провозгласили Бременскую Советскую Республику. В начале февраля 1919 года после боевых столкновений она была разгромлена правительственными войсками. Вслед за этим созванное в марте Учредительное Бременское национальное собрание выработало и в 1920 году приняло парламентскую конституцию. Как отдельная федеральная земля Бремен вместе с Бремерхафеном вошёл в состав Веймарской республики.
Во время Второй мировой войны Бремен был важнейшей базой германского военного флота и потому подвергался систематическим бомбардировкам англо-американской авиации. В целом, в результате 173 воздушных налётов на 90% был разрушен порт и на 62% - жилые кварталы, при этом погибло около 4 тысяч жителей.
26 апреля 1945 года Бремен заняли британские войска. Вместе с Бремерхафеном он стал американским эксклавом посреди Британской оккупационной зоны. В 1947 году бременцы получили конституцию Вольного ганзейского города Бремен. В 1949 году он стал отдельной землёй в составе учреждённой Федеративной Республики Германия.