Tarihi milattan önce 2300'lere kadar giden Diyarbakır milattan sonra 349-639 yılları arasında Doğu Roma İmparatorluğu'nun hakimiyetinde kaldı. Hâlid b. Velîd tarafından 639 yılında fethedildikten sonra müstahkem kaleleri, medreseleri ve diğer imar faaliyetleri sayesinde zamanla İslam âleminin en büyük merkezlerinden biri oldu. Sultan Alparslan 1071 Malazgirt zaferinden bir sene önce Diyarbakır'a geldiğinde şehirdeki Mervânîler'in Selçuklular'a tâbi olmasıyla Türk hakimiyeti başlamış oldu. Sultan Melikşah'ın ölümünden sonra Diyarbakır ve havalisinde İnal Bey hâkim oldu. 1183 yılında Selâhaddin Eyyûbî şehri Hasankeyf Emîri Artuklu Nûreddin'e verince elli yıllık Artuklu hakimiyeti başladı. Şehir 1232'de Eyyûbî Sultanı Melik Kâmil, 1240'ta Anadolu Selçukluları, 1259'da İlhanlılar, 1401'de Akkoyunlular, 1507'de Safevîler tarafından ele geçirildi. Nihayet 1515 yılında Yavuz Sultan Selim Diyarbakır'ı Osmanlı topraklarına katarak eyalet merkezi haline getirdi (bk. Yavuz Sultan Selim).

Diyarbakır'da Artuklular döneminde Mesûdiye, Sincâriye, Şücâiye, Hatuniye/Zeynebiye, Sultan Sa'saa; Akkoyunlular döneminde Şeyh Sefâ, Seyfeddin, Hoca Ahmed medreseleri kurulmuştur. Mekanik sahasında eserler veren, çeşitli robotik alet ve makineler yapan âlim İsmâil Cezerî 1181-1206 yılları arasında Diyarbakır'a gelmiş ve Artuklu hanedanının himayesinde çalışmalarını sürdürmüştür. 1205'te tamamladığı meşhur eseri Ma'rifeti'l-Hiyeli'l-Hendesiye'yi Emîr Nâsıriddin Mahmud'un isteği ile yazmıştır (bk. Cezerî). Sultan Melikşah'ın 1091'de inşa ettirdiği ulucami bugün de şehrin abidevî eserlerinden biridir.

Osmanlılar 1515'ten sonra şehri hızla imara başladılar ve birçok eğitim müessesesi inşa ettiler. 1540 tarihli Tapu Tahrir Defteri'nde altı cami, otuz beş mescit, beş medrese, dört zaviye bulunduğu kayıtlıdır. Bıyıklı Mehmed Fâtih Paşa (1519), Hüsrev Paşa (1521), Hadım Ali Paşa (1534), Sinoğlu (1540), İskender Paşa (1551), Behram Paşa (1572), Defterdar Ahmed Paşa (1594), Nasuh Paşa (1611), Arap Şeyh (1644), Azîziye (1590'lar), Silahdar Murtaza Paşa (1633), Kara Mustafa Paşa (1650), İsmâil Hakkı Paşa (1875), Kurt İsmâil Paşa (1875) camileri ile Yiğit Ahmed Bey (1540), Molla Bahâeddin (XVI. yüzyıl), Kavvâs-ı Sagîr (XVI. yüzyıl) ve Dabanoğlu (1696) mescitleri şehirdeki tarihi yapılardan bazılarıdır. Dönemin tek külliyesini Melek Ahmed Paşa (1591) Mimar Sinan'a yaptırmıştır. Aynı dönemde İskender Paşa, İmâdiye, Latifiye, Hüsreviye (1528), Ali Paşa, Behram Paşa, Nasuh Paşa/Servinaz Hatun, Hacı İsmâil, Saruluzade, Şeyh Rûmî, Fezâile, Çeteci Abdullah Paşa, Veli Kethüda, Latifiye, Göl Camii, Kadiriye, Sülûkiye, Bakır, Defterdar/Rağıbiye, Şıhlı Hamidiye (1893), Şeyh Kasım (1900'ler), Ablak, Balıklı, Câmiü'l-Esved, Şeyh Yûsuf, Kara Behlül Bey, Hacı İbrâhim Bey, Mirze Ağa, Ömer Ağa, Receb Bey, Ahmed Bey, Şeyh Abdülkadir Efendi medreseleri ile Dilaver Paşa Dârülkurrası ve Dârülhadisi (1620), Köprülüzade Abdullah Paşa Dârülkurrası (1717), Sarı Abdurrahman Paşa Medresesi ve Kütüphanesi (1766) tesis edilmiştir.

Diyarbakır'da tekke kültürü de son derece köklü ve yaygındır. Sühreverdî Maktûl (ö. 1191) Diyarbakır'da yaşamış, Elvâhu'l-İmâdiyye adlı eserini orada telif etmiştir. Evhadüddin Kirmânî (ö. 1238), Sa'dî-yi Şîrâzî (ö. 1292), Şeyh Cüneyd-i Safevî (ö. 1460), Hüsâmeddin Ali Bitlisî (ö. 1505), İdrîs-i Bitlisî (ö. 1520), Aziz Mahmud Urmevî (ö. 1638), Melâye Cizîrî (ö. 1640) ve Niyâzî-yi Mısrî (ö. 1694) Diyarbakır'ı ziyaret eden, orada belli bir süre ikamet eden mutasavvıflar arasında yer almaktadır. Gülşeniye tarikatının kurucusu İbrâhim Gülşenî ise (ö. 1534) orada doğması ve ömür sürmesi hasebiyle ayrı bir yere sahiptir. Kadirî, Rifâî, Mevlevî, Nakşibendî, Kalenderî ve Bektaşî tarikatlarının da faal olduğu şehirde Kanûnî Sultan Süleyman dönemi tapu tahrir defterlerine göre elli yedi zaviye bulunmaktaydı.

1892-1893 ders yılında Diyarbakır vilayetinde 185 sıbyan, on bir ibtidâî; 1903 tarihli Maarif Salnamesi'ne göre merkezde 124 sıbyan, on yedi ibtidâî; 1907-1908 döneminde merkezde seksen altı, vilayet genelinde ise ikisi kız olmak üzere toplam 249 ibtidâî mektebi mevcuttu. 1913-1914 yılında Diyarbakır sancağındaki on dokuz ibtidâî mektebinde otuz üç muallim, 796 talebe bulunuyordu. Cumhuriyet'in tevarüs ettiği Hadim-i Terakkî, Şu'le-yi Terakkî, Feyz-i Terakkî, Burhân-ı Terakkî, Numûne-yi Terakkî (1915) ibtidâî mektepleri ile Dârülirfan İnâs Mektebi'ydi. Son ikisi Gazi ve Ziya Gökalp adlarıyla devam ederken İnönü, Cumhuriyet, Süleyman Nazif, Yeni ve İsmet Paşa adlarında yenileri de açıldı.

1876 yılı devlet salnamesinde Diyarbakır vilayetindeki on sekiz rüştiyede 756 talebenin öğrenim gördüğü kayıtlıdır. 1890'larda şehir merkezindeki üç rüştiyede on beş muallim 502 çocuğu okutmaktaydı. 1907-1908 döneminde merkezde üçü erkek, biri kız olmak üzere dört rüştiye mevcuttu. 1900'e kadar merkezde üç, Mardin sancağında üç ve Ergani Madeni sancağında beş rüştiye daha açıldı. Bu rüştiye yapılanmasının üst basamağı olarak şehir merkezinde 1891'de açılan idâdî uzun yıllar bölgedeki gençleri devlet kadrolarında istihdam edilmek üzere yetiştirdi (bk. Tarihî Türk Liseleri).

Vilayetteki modern mekteplere öğretmen yetiştirmek amacıyla 1882 yılında Vali Sâmih Paşa'nın gayretleriyle açılan iki yıllık Diyarbekir Dârülmuallimîn-i İbtidâîsi 1910'da üç yılı sıbyan, üç yılı rüşdî olmak üzere altı yıla çıkartıldı. Aynı yıl yatılı bölüm eklendi. I. Dünya Savaşı'nda kapandıysa da 1921'de yeniden açıldı ve 1930'a kadar faaliyetini sürdürdü. 1949'da Diyarbakır Erkek İlköğretmen Okulu adıyla Dağkapı semtinde bugünkü Gaffar Okkan Anadolu Lisesi'nde yeniden açılarak ortaokula dayalı üç yıllık öğrenim veren bir kurum oldu. 1949-1962 yılları arasında 10.200 öğretmen yetiştirdi. 1974 yılında öğretmen lisesine dönüştürülerek Diyarbakır Öğretmen Lisesi adını aldı ve 1978'de kapanıncaya kadar bu şekilde devam etti.

Vali Mehmed Hâlid Bey'in girişimiyle bölgede ihtiyaç duyulan sanatkârları yetiştirmek, sanat ve ticareti desteklemek ve misyonerlerin faaliyetlerini engellemek maksadıyla şehir merkezinde bir sanayi mektebi hizmete geçti. Vilayet memurlarının ve ahalinin yardımlarıyla inşa edilen üç katlı binada 1 Eylül 1900 tarihinde görkemli bir açılış merasimi düzenlendi. Halı, kumaş, şayak dokuma ile marangozluk, demircilik, dökmecilik, matbaacılık, mücellitlik, kunduracılık ve terzilik gibi sanatların öğretildiği beş yıllık yatılı Diyarbakır Hamidiye Sanayi Mektebi, Hâlid Bey'in 1902'de başka yere atanmasıyla sahipsiz kaldı. 1907'de tamamen kapandı.

Diyarbakır'da okul faaliyetlerinde öne çıkan isimlerden biri de Vali Kurt İsmâil Hakkı Paşa'dır. Onun öncülüğünde, Vilayet İdare Meclisi'nin kararıyla ve vilayet memurlarının maaşlarından tasarruf edilerek sandıkta tutulan meblağdan alınan sermaye ile bir ıslahhane tesis edildi. Kiralanan Hasan Paşa Hanı 1869'da eğitime hazır hale getirildi. Şehir merkezinde dilencilik yapan yaklaşık altmış kimsesiz müslüman ve hıristiyan çocuğu mektebe alındı. Kıyafetleri zenginler tarafından temin edildi. Her sabah ibtidâî dersleri okutulduktan sonra zanaat eğitimine geçiliyordu. Bunun için hoca, terzi, kunduracı, abacı, şalcı usta ve kalfaları istihdam edildi. Eğitimini tamamlayan talebelere sanayi mektebi diploması verildiği gibi mektebi iyi derece ile bitirip iş hayatına atılanlara sermaye yardımı yapılarak dükkân açmaları sağlandı. Bu başarılı çalışmalar Vali İsmâil Hakkı Paşa'nın tayininin çıkmasıyla ehliyetsiz ellere geçti ve 1879'da kapatıldı.

Vali İsmâil Hakkı Paşa'nın öncülük ettiği bir başka eğitim kurumu ise ziraat mektebidir. Şehir arazisinin her türlü ziraata uygun olmasına rağmen çiftçilerin ziraat fenninden habersiz ve fakir olduğunu bildirerek Ticaret Nezareti'nden bir ziraat mektebi açılmasını isteyen paşa, kurum için ilk adımları da attı. Ancak okulun 1901'de açılması Vali Hâlid Bey'e nasip oldu. Mektebe bağlı olarak bir numune bahçesi oluşturuldu. Oradaki çalışmalardan iyi netice alınınca vilayette gül bahçeleri çoğaltıldı, gül yağının çıkarılması halka öğretildi, dutlukların sayısı arttırıldı. Okul I. Dünya Savaşı yıllarında kapandı.

1916 yılında hem müslüman hem Ermeni çocukları için devletin açtığı yetimhanelerde kimsesiz çocuklara eğitim verildi. Şehirde yaşayan Süryânî, Ermeni, Rum ve yahudilerin ibtidâî derecesinde modern mektepleri olduğu gibi Fransız ve Amerikalı misyonerler de okul ve yetimhaneler açmışlardır.

1927'de yatılı olarak açılan Diyarbakır Erkek Sanat Mektebi'nde marangozluk, demircilik, doğramacılık, duvarcılık, tuğlacılık, torna ve tesviye bölümleri bulunmaktaydı. 1935 yılında okulun yanına bir ağaç işleri atölyesi ile yatakhane inşa edildi; yeni makine ve tezgâhlar getirildi. 1939-1940 öğretim yılında adı Diyarbakır Bölge Erkek Sanat Okulu olarak değiştirildi. 1913 yılında açılmış olan Elaziz Dârülharir Mektebi 1927 yılında Diyarbakır'a nakledildi ve Ziraat Böcekçilik Mektebi adıyla 1939 yılına kadar şehrin ekonomisine önemli katkılarda bulundu.

Diyarbakır'da ortaöğretim düzeyindeki okullardan biri de iki sınıftan oluşan ve Urfakapı'da 1936 yılında açılan Akşam Kız Sanat Mektebi'dir. Biçki-dikiş, nakış, çamaşır, çiçek, yemek, pasta, moda, şapka, yemek ve ev idaresi bölümleri bulunmaktaydı. 1949 yılında ismi Diyarbakır Kız Enstitüsü olarak değiştirildi.

Diyarbakır Halkevi 1932'de Türk Ocağı binasında açıldı. Mustafa Kemal Atatürk maiyetinde devlet ricalinden Celal Bayar, Şükrü Kaya, Ali Çetinkaya ve Abidin Özmen olduğu halde 15 Kasım 1937 tarihinde Diyarbakır-Irak-İran hudutlarına uzanacak demiryolunun temel atma törenine katılmak üzere geldiği Diyarbakır'da halkevini de ziyaret etti. Orada yaptığı konuşmada şehrin o zamana kadar Diyarbekir olarak anılan adını "Diyarbakır" olarak telaffuz etmesiyle ertesi gün bu değişiklik fiilen gerçekleşti. Halkevi 1938-1950 yılları arasında Karacadağ Dergisi'ni çıkardı (138 sayı) (bk. Halkevleri).

Dicle Köy Enstitüsü 1944 yılında Ergani'de yatılı ve beş yıllık programla açıldı. 1954'te Dicle İlköğretmen Okulu'na dönüştürüldü. 1989-1990 döneminden itibaren Ergani Anadolu Öğretmen Lisesi olarak devam etti. 2013 yılında Ergani Anadolu Lisesi oldu.

1966 yılında kurulan Dicle Üniversitesi on yedi fakülte, on iki meslek yüksekokulu, üç yüksekokul, bir konservatuvar, dört enstitü, otuz uygulama ve araştırma merkezi ile acil travmatoloji kompleksi, eğitim-araştırma hastanesi ve diğer birimleriyle şehre önemli bir katkı sunmaktadır. 2022 eğitim öğretim dönemi itibari yılı üniversite bünyesinde yaklaşık 33.000 öğrenci ve 3600 akademik ve idarî personel mevcuttur.

Bugün Dicle Üniversitesi bünyesinde bulunan Ziya Gökalp Eğitim Fakültesi'nin temeli, 1962 yılında Türkçe ve fen bilgisi öğretmeni yetiştirmek amacıyla açılan iki yıllık Diyarbakır Eğitim Enstitüsü'ne dayanmaktadır. 1970'te öğretim süresi üç yıla çıkarılan ve ismi değiştirilerek Diyarbakır Yüksek Öğretmen Okulu olan kuruma ertesi yıl Almanca, Fransızca ve İngilizce bölümleri eklendi. O yıla kadar 165'i kız, 1511'i erkek olmak üzere 1676 mezun verdi. Yüksek öğretmen okullarının 1982/2547 sayılı Yükseköğretim Kurulu Kanunu çerçevesinde Eğitim fakültelerine dönüştürülmesiyle burası da Dicle Üniversitesi'ne bağlandı (bk. Dicle Üniversitesi).

Diyarbakır'da kırk beş meslekî ve teknik lise, 192 İmam-Hatip Ortaokulu ve Lisesi, yedi özel lise ve kolej de hizmet vermektedir. 2022-2023 verilerine göre resmî ve özel 1775 okul, 15.554 derslik bulunmaktadır.

Diyarbakır tarihî birikimi, kültürel mozaiği, mutfağı, sanayi kuruluşları ve mâbetleri kadar eğitim kurumlarıyla da donanmış olması bakımından bölgede öne çıkan şehirlerden biridir.