兵庫県南東部、六甲山地の北側に位置する。かつては田園風景の広がる典型的な農村の様相を呈していたが、1980年代からの大規模住宅団地の開発と、JR福知山線の複線電化の利便性向上により大阪・神戸の衛星都市として急激な発展を遂げた。今日では農村と都市の二つの顔を併せ持つ田園都市となっている。瀬戸内海式気候に属すると言われるが、内陸部に位置するため気温の寒暖差は比較的大きい。
山: 有馬富士、羽束山、大船山、虚空蔵山、三国ヶ岳、愛宕山
河川: 武庫川、青野川
湖沼: 千丈寺湖、福島大池
隣接している自治体
神戸市、宝塚市、猪名川町、篠山市、三木市、加東市
三田盆地は旧石器時代から、人々が暮らした痕跡がある。2万5千年前の遺跡である広野地区の溝口遺跡からはナイフ形石器、石鏃などが発掘されている。ニュータウン開発で発見されたけやき台の有鼻遺跡や平方遺跡は弥生時代中期の遺跡で、ここからは畿内最古の鉄剣や鉄斧などの鉄器類や竪穴式住居跡などが発掘されている。古墳時代には武庫川と青野川が合流する流域は須恵器の産地となっていたようで、本庄地区の東仲古墳 、沢山1号墳など石室を持った古墳とともに須恵器の窯跡が発掘されており、「末（すえ）」という地名は今も残っている。これは三田市の北西に隣接する篠山市今田地区で生産されている立杭焼（丹波焼）の起源の一つと考えられている。また、青野川とともに青野ダムを形成する黒川沿いの小野地区にある伊勢貝遺跡は、縄文時代から平安時代にかけての集落の遺構が発掘される複合遺跡である。このように市域には時代ごとに遺跡や古墳が多くあり、古代から連綿と人々の暮らしが続いていることがわかる。
現在の市街地エリアに町が形成されたのは7?8世紀頃からと考えられる。三田地区・三輪地区一帯は7世紀以前から日本最古の神社と言われる大和国一ノ宮である大神神社の荘園となっており、大和国城上郡の松山氏が荘官として管理し通称「松山の庄」と呼ばれていた。668年（天智天皇7年）に金心寺が建立されると武庫川より南西部に門前町が形成され、金心寺周辺を三田と呼ぶようになる。この「三田」という地名に関しては、金心寺の弥勒菩薩坐像の胎内から「当地一帯を松山の庄と号す。 これを金心寺三福田により三田と改む」という文字が見つかっており、そこに由来するといわれている。この三福田とは、「敬田（人を敬う心の田）」「恩田（恩を忘れない心の田）」「悲田（困っている人を助ける心の田）」のことといわれる。
北東部の三輪地区はその後も大神神社の荘園であったが、14世紀の松山彈正が荘官の時、荘園制度が崩れ武装の必要性が生じ、有馬郡の三輪明神信仰の聖地となっていた丸山に城を築くと同時に三輪神社の社殿を奉納する。これにより三輪地区でも門前町を形成していき、武庫川を挟んで金心寺と三輪神社の門前町が融合する形で有馬郡の中心地へと発展していく。
平安時代から鎌倉時代にかけて市域の各地には多くの荘園が作られ、地頭である豪族が桑原城、貴志城、大原城などの小さな山城を築いて統治していた。このように三田市にはいろいろな歴史が刻まれている
室町時代に播磨国守護だった赤松則村（円心）の四男・赤松氏範が有馬郡を領有し三田城（車瀬城）を築城する。その後も赤松氏を出自とする摂津有馬氏が領有していたが、戦国時代に織田信長の家臣だった荒木村重が摂津国を平定すると丹波国攻略のために三田を城下町として整備する。荒木村重が謀反を起こし織田信長に討たれると、信長の家臣・山崎堅家が近江国から2万3千石で入封したことで三田藩が成立する。 江戸時代には志摩国鳥羽藩から九鬼久隆が3万6千石で入封し、廃藩置県までの約240年間、九鬼氏が三田藩を統治した。
なお、北部の高平地区は多田源氏の所領として多田荘に属し、江戸時代は現在の大阪府豊中市に本拠を置いていた麻田藩の青木氏1万2千石の所領で、1896年（明治29年）に有馬郡に移管されるまで川辺郡に属していた。
近代
1871年（明治4年） 廃藩置県により三田県となり後に兵庫県に編入。
1879年（明治12年） 三田町に有馬郡2町12ヶ村の郡役所設置。
1896年（明治29年） 高平村が川辺郡から有馬郡に編入。
1899年（明治32年） 阪鶴鉄道（後の国鉄、現・JR西日本福知山線）開通。三田駅、広野駅、相野駅、藍本駅が開業。
1915年（大正4年） 有馬鉄道（後の国鉄有馬線）開通。
1927年（昭和2年） 三輪村が町制を実施し三輪町となる。
1928年（昭和3年） 神戸有馬電気鉄道（現・神戸電鉄）三田線開通。三田駅、横山駅が開業。