使用“世界城市”一词的最早是德国著名诗人歌德，1787年他称罗马是世界城市，后来，他又将巴黎称为世界城市。赋予“世界城市”现代概念的是英国城市学和区域规划学家帕特里克•格迪斯（P•Geddes），1915年在《演化中的城市》一书中，把西方国家正在发展的一些大都市称之为世界城市，但格迪斯没有对世界城市的概念、主要特征进行详细的研究。
对现代意义上的世界城市进行系统研究始于英国城市学家彼得•霍尔（Peter Hall），1966年他在《世界城市》一书中对世界城市应当具备的基本特征作了较为系统性的描述，提出了衡量世界城市的 7 条标准。
20世纪80年代以后，欧美学者纷纷在经济全球化影响下的世界体系中考察世界城市：
1981年 科恩（Robet B. Cohen）在《新的国际劳动分工、跨国公司和城市等级体系》一文中，引入了“跨国指数”和“跨国银行指数”这两个指标来分析跨国公司对世界城市在国际分工中的作用；
1982年，约翰•弗里德曼（J•Friedmann）和戈兹•沃尔夫（G•Wolf）提出，世界城市是在世界范围内或世界某一个大区域发挥经济枢纽作用的城市，是世界经济活动越来越向国际化推进的产物；
1986年，弗里德曼又发表《世界城市假说》一文，用国际分工理论来解释世界城市形成的内在动力机制，提出了七个评估指标，例举了30个世界城市说明世界城市的等级体系，成为研究世界城市中有较大影响力的理论流派；
1991年萨斯基亚•萨森（Saskia Sassen）以主要生产性服务业的集中程度来划分世界城市，为后来学者研究全球城市体系提供了一种思路，泰勒和沃克（Peter. J. Taylor and D. R. F. Walker, 2001）用46项生产性服务业与55个都市的交叉资料加以论证。
比弗斯托克（Beaverstock.J.V, 1999）和泰勒还指出现代服务业是后工业时代的产物，提出用现代服务业来划分世界城市的具体方法和评价标准。
1997年卡尔•艾博特（Carl•Abbott）提出了世界城市网络理论，按照经济专门化功能把国际城市分为三类：国际生产、通路和交易事务型城市并制定了衡量这三类城市的评价指标。
进入21世纪后，对世界城市的评价指标和等级划分依据进行重新审视的论著很多，不仅重视跨国公司组织、政府行为、空间结构、适宜居住及持续发展等方面对世界城市的结构及机制影响的研究，也关注在世界城市体系中各城市间的相互联系和影响(Beaver stock，2000；Michael P.Smith，2001等）。2005年，G昂提耶（Gille Antier）用人口、经济、金融标准、基础设施元素、城市魅力产业等构建新的国际城市指标评价体系。
此外，也有不少研究发展中国家和地区特别是亚太地区国际城市的成果。
首都经济贸易大学城市国际化研究基地前期研究成果《首都国际化进程研究报告》一书中有详细整理。