Dnešné územie hlavného mesta bolo v predkolumbovskej ére obývané miestnymi kmeňmi. Pred príchodom inkskej kultúry, dediny v okolí riek Rimac a Lurín boli zoskupené do združenia pod názvom Ychsma. Ich prítomnosť nechala stopy v podobe 40 pyramíd. Keď Inkovia región obsadili, vystavali tu svoje vlastné budovy. Po porážke Inkov hŕstkou konkvistádorov na čele s Franciscom Pizarrom, bola potreba vybudovať nové hlavné mesto. Poloha Ychsmi bola veľmi vhodná. Úrodné údolie s dostatkom vody a dreva, blízko oceána.

Podľa prvých španielskych kroník región Lima bol pôvodne nazvaný Itchyma. Ešte pred inkskou okupáciou v 15. storočí tu stála známa veštiareň, ktorú návštevníci nazývali Limaq, čo v jazyku kečua znamená „rečník“. Táto veštiareň však bola Španielmi zničená a na mieste bol vybudovaný kostol. Názov oblasti v miestnom jazyku však pretrval a kroniky ho zaznamenali ako Ychma. Moderní učenci sú presvedčení, že názov Lima vznikol španielskou výslovnosťou pôvodného mena Limaq. S týmto názvom takisto môže súvisieť aj meno rieky, ktorá mestom preteká – Rimac. Existujú domnienky, že ľudia z vysokohorských oblastí vyslovovali slovo „Limaq“ ako „Rimac“. Keď pôvodní obyvatelia v tejto oblasti vymreli, čoraz častejšie sa začal používať názov tak, ako ho vyslovovali ľudia z vysočiny a tak sa stalo, že do záznamov sa rieka dostala pod týmto menom. Ak by sme tomuto faktu uverili, súčasný názov mesta a rieky mohol prameniť z jedného pôvodného slova „Limaq“, ktoré však bolo skomolené španielskou výslovnosťou a výslovnosťou ľudí s vysočiny.

Mesto bolo založené 18. januára 1535 konkvistádorom Franciscom Pizarrom ako Ciudad de los Reyes – Mesto kráľov. Dôvod, prečo mesto dostalo toto meno bol dátum 6. Január, sviatok zjavenia Pána a v tento deň sa rozhodlo, že mesto vznikne. V starých mapách sa uvádzajú spolu oba názvy. Lima aj Ciudad de los Reyes. Ochrana pobrežia pred nevítanými dobrodruhmi sa stala veľmi dôležitá a to bol aj dôvod na založenie Limy. Budovať sa začalo na južnom brehu rieky Rimac.

V roku 1536 bolo nové mesto obliehané vojskami Manco Inca, ktorý povstal proti španielskej nadvláde, ale povstanie bolo po ťažkých bojoch v uliciach mesta potlačené. Dňa 7. Decembra 1537 cisár Karol V. udelil mestu erb.
V roku 1543 sa Lima stala hlavným mestom novoutvoreného kráľovstva Peru. Až do roku 1739, keď vzniklo na území dnešnej Kolumbie kráľovstvo Nová Granada, bola metropolou všetkých juhoamerických španielskych teritórií.
V roku 1551 tu bola založená prvá univerzita San Marcos, ktorá funguje dodnes a v roku 1584 prvá tlačiareň.

Piatym miestodržiteľom v Lime sa stal v roku 1569 Francisco de Toledo. Počas 14 rokov svojej vlády, ktorá sa vyznačovala ešte väčšou krutosťou ako Pizarrova, vybudoval v Peru veľmi efektívny systém. Osvedčil sa počas nasledujúcich dvoch storočí. Kým najvyššie funkcie ostávali vyhradené pre Španielov, na nižšie stupne administratívy vymenovával domorodých úradníkov, ktorí riešili každodenné problémy obyvateľstva.

 

V 17. storočí Lima prekvitala ako centrum obchodnej siete. Dôležitou súčasťou bol obchodný prístav Callao, z ktorého sa vyvážalo peruánske striebro. Tento rozkvet sa odrazil aj na populácii, ktorá závratnou rýchlosťou stúpala. V roku 1615 bola populácia 26.087 a do roku 1812 stúpla na číslo 63.900. Z toho bolo 18.210 Španielov a Creolov, 10.643 Indiánov, 4.897 miesticov, 10.231 slobodných „farebných“, 17.881 čiernych otrokov a 2.056 príslušníkov iných rás.

Nedá sa povedať, že Lima bola bezpečné mesto. Dôležitú úlohu tu zohrávali prírodné podmienky, ktoré k Lime  priaznivé neboli. Už v roku 1687 silné zemetrasenie zničilo väčšiu časť mesta a jeho okolia. Choroby a nedostatok potravín po katastrofe spôsobil pokles populácie v roku 1692 pod 40.000. Toto zemetrasenie spolu s krízou v obchode a znížením produkcie striebra poznačilo rozvoj Limy. Ďalšie vážne zemetrasenie zničilo prístav Callao. Táto udalosť viedla k vzniku  sviatku El Seňor de los Milagros – Pán Zázrakov a ľudia si tento deň každoročne v októbri uctievajú dodnes.

Okrem prírody Limu ohrozovali aj piráti a lupiči v Tichom oceáne. V roku 1624 holandská výprava napadla prístav Callao, boli odrazení miestokráľom Diego Fernández de Córdobom. Ako ochranu pred týmito živlami boli postavené hradby.