I ritrovamenti archeologici avvenuti nella Grotta del Leone e nella Buca dei Ladri, sul Monte Pisano, sono le più antiche testimonianze umane del comprensorio e risalgono al Paleolitico. È nel livornese, però, che si affermano le prime popolazioni stanziali (per lo più cacciatori).
Già in età neolitica, complice la presenza di corsi d’acqua percorribili, il nucleo corrispondente all’attuale Pisa era uno dei principali nodi mediterranei delle rotte di scambio di prodotti di prima necessità (sale e metalli). Una caratteristica che il comprensorio manterrà nel corso dei secoli. La zona fu infatti abitata per tutta l’Età del Bronzo e nell’Età del Ferro.
Nel periodo etrusco il territorio si sviluppa ulteriormente. L’impulso che dà origine alla crescita è ancora una volta il ruolo strategico assunto nel sistema degli scambi commerciali mediterranei, soprattutto di metalli (ferro, stagno, bronzo). La sua fortuna era principalmente legata all’articolata rete di approdi marittimi e fluviali, ma anche a un sistema viario terrestre particolarmente efficiente. Una vitalità, quella del sistema costiero e portuale, che prosegue per tutta l’epoca romana e negli anni a seguire.
La vitalità dell’area costiera è testimoniata anche dalla sopravvivenza dei porti principali: Pisae Fluvius a San Piero a Grado, Isola di Migliarino, Porto alle Conche a San Rossore. A questi si aggiunse anche quello di Livorno.
Pur dovendo fare i conti con l’avanzamento della costa, lo sbocco sul mare continuava a rappresentare per il territorio la principale risorsa, mentre nel retroterra si continuavano a svolgere le tradizionali attività agricole e pastorali.
Il paesaggio, fin qui immutato, cambia a partire dall’XI secolo con la nascita di rocche e castelli fondati sui rilievi circostanti alla piana. Strutture che andarono a costituire la base di un sistema difensivo che aveva il triplice compito di assicurare protezione alle coste, il controllo dei fiumi e il sostegno strategico nelle lotte interne fra Pisa, Lucca e Firenze.
Il XV secolo fu segnato dalla conquista fiorentina dell’intera area. Il territorio fece poi parte dello Stato di Pisa e passò al Comune di Firenze. Sotto i Medici Pisa recuperò autonomia amministrativa con poteri di governo di quasi tutto il suo antico Stato. La maglia provinciale rimase bloccata fino all’Unità. Nel 1851 i governi di Livorno e Portoferraio (Elba compresa) vennero trasformati nel compartimento di Livorno. Nel 1925, poi, la provincia livornese fu ampliata fino alla Maremma settentrionale.