Anonymus leírása szerint a honfoglalás után Árpád vezér Budavárat, a hajdani „Attila király városát” választotta törzse szálláshelyéül, központi földrajzi fekvése miatt, és itt is temették el 907-ben, a szomszédos Fehéregyházban. Ezt a helyet általában Óbudával szokták azonosítani. (Bár akadnak akik Pesthidegkúton vagy a közeli Pilis hegységben keresik.)

A városhoz kapcsolódik Gellért püspök legendája, akit a pogány felkelők a mai Gellért-hegy (az akkori Pest-hegy) oldalában gyilkoltak meg, és ennek emlékét őrzi a hegy mai neve.

Óbuda és Pest római öröksége, a sokezer épület romja évszázadokon át látható volt, az Árpád-korban azonban a helyükön fokozatosan igazi, nyüzsgő középkori városok épültek. Óbuda úthálózata a római korból maradt fenn, lakossága szőlőműveléssel foglalkozott. Területén egyházi birtokok alakultak ki, a 13. században pedig vár épült. 1223-ban a városban nagy tűzvész pusztított. Pestet a 12. században már fal vette körül, 1230-ban pedig kiváltságlevelet kapott II. Endrétől.


IV. Béla király 1241-ben Pestről indult a tatárok ellen. A vesztes csata után a tatárok felégették Pestet, majd 1241/42 telén átkeltek a befagyott folyón, és Óbudát is elpusztították. A két város teljes lakosságát meggyilkolták. A pestieket például a város nagytemplomában, a mai Belvárosi plébániatemplomban koncolták fel, ahová imádkozva összezsúfolódtak.

Miután visszatért, a király kővárat és Újbuda néven új várost építtetett az úgynevezett Pest-hegyen, a mai Várhegyen (1247 és 1265 közt). Ezek voltak itt az első városias épületek, a későbbi híres budai vár alapját képezve. IV. Béla várkastélyát, amely a mai Mátyás-templom közelében állt, már jobban lehetett védeni támadások esetén, mint az alacsonyabban fekvő óbudai várat. (Annak feltételezett romjait is feltárták a régészek.)

IV. Béla a tatárjárás alatt tett fogadalmához híven az egyháznak ajándékozta a Nyulak szigetét (a mai Margit-szigetet), és az itt épült domonkosrendi apácakolostorban helyezte el legkisebb leányát, Margitot, aki a város híres szentje lett.

Az Árpád-ház kihalása után Buda Vencelt támogatta a pápa által pártfogolt Károly Róberttel szemben, ezért a pápa egyházi átok alá helyezte a várost, a budai plébános pedig viszonzásul a pápát. 1302-ben az Anjou-párti Csák nembéli Márk és báró Cseszneky Jakab fiai sikertelenül ostromolták a várat, de az épületekben nagy kárt okoztak és a budai szőlőhegyet is elpusztították. Végül a városnak el kellett fogadnia a győztes Károly Róbertet. Fia, Nagy Lajos királyi székhellyé tette Budát. A város már igazi polgári város volt, nagy számban éltek itt kézművesek, iparosok, kereskedők. A magyarok mellett jelentős német, „latin” és zsidó lakossága is volt. A tatárdúlást nehezen kiheverő Pest lakossága is kezdett talpra állni, a 15. században visszanyerte a bíróválasztás jogát, és 1470 körül szabad királyi város lett.

Luxemburgi Zsigmond, majd Mátyás uralkodása a városok történelmének a török idők előtti fénypontja. Zsigmond egyetemet alapított Óbudán 1389-ben. Mátyás reneszánsz udvara nagy vonzóerőt gyakorolt a kor művelt embereire, emelve a város és a királyi udvar kulturális színvonalát. 1473-ban az első budai nyomdában, Hess Andrásnál elkészült a Budai Krónika. Mátyás halála után az országban feudális viszályok, gazdasági válság, majd a Dózsa-féle parasztfelkelés rázta meg, a két város kultúrája azonban a Jagelló-ház budai uralkodása idején is tovább gyarapodott. A budai reneszánsz történeti emlékei ma a budai királyi palotában (Budapesti Történeti Múzeum), míg Pest reneszánsz emlékei a mai Belvárosi Plébániatemplomban láthatók. Ennek a fejlődésnek vetett véget a török hódoltság.