El área urbana del Casco Viejo comprende el núcleo primitivo de Bilbao fundado en 1300 por Diego López de Haro gracias a su condición de puerto interior, ubicado en la margen derecha de la ría y formado por siete calles paralelas conectadas por cantones transversales, así como su primera expansión en forma radial hacia el noroeste.
Su estructura medieval disponía de una muralla construida a partir de 1334. La antigua iglesia de Santiago se sustituyó por un templo gótico a finales del siglo XIV. Asimismo en el siglo XV se edificó, fuera de las murallas y junto a la ría, la iglesia de San Antón. Extramuros se fueron asentando conventos y órdenes religiosas: San Francisco, San Agustín, La Encarnación, San Andrés. En la fachada de la ciudad hacia el puerto se concentraron las torres y caserones de las familias más poderosas, mientras el tejido social, en las calles interiores, estaba compuesto por marinos, artesanos, mercaderes, tenderos y escribanos, colmatando el espacio disponible.
A mediados del siglo XV se planteó la necesidad de la expansión de la ciudad extramuros hacia el lado noroeste, con calles dispuestas de forma radial. Se inició a finales del siglo XV una intensa fase de crecimiento demográfico y económico basado en el transporte e intercambio de mercancías. A mediados del siglo XVI Bilbao participaba en los grandes circuitos comerciales internacionales e incorporaba productos propios (aparte de las lanas castellanas y navarras) como el hierro, la construcción naval, el pescado y la confección de ropa, llegando a convertirse en el primer puerto de España.
A raíz del gran incendio de 1571 y las terribles inundaciones de 1593 se replanteó el urbanismo de la villa. Por un lado pasando de la construcción de madera a la de piedra y por otro lado reordenando las alineaciones, las parcelas de las viviendas y eliminando las murallas medievales. En el siglo XVII se acometieron intervenciones en espacios situados fuera de la ciudad medieval, como en el entorno del Prado del Arenal y la Sendeja que se convirtió en una nueva área de actividades portuarias. Asimismo en los soportales de la Ribera se construyeron sobre arcos residencias de calidad como el Palacio Arana, que ha llegado hasta nuestros días.
A finales del siglo XVIII la densidad de población en la villa era muy alta y, a través del Plan Loredo suscrito en 1786, se propuso una contundente intervención encaminada a la extensión del tejido urbano y a la modernización de sus construcciones. En la última década de este siglo se consolidó la zona del Arenal, que fue testigo del cambio de la ciudad medieval hacia un modelo de ciudad abierta y en expansión, previo al salto hacia la vega de Abando en la margen izquierda de la ría.
A finales del siglo XIX la situación de congestión urbana unida a las continuas inundaciones convirtieron a Bilbao en una de las ciudades europeas más insalubres y con mayor tasa de mortandad, siendo la ría un foco de infección. En esta situación se planeó en 1873 el nuevo Ensanche que significó la expansión definitiva de la ciudad hacia la vega de Abando. A pesar de ello el Casco Viejo conservó durante algún tiempo su centralidad reformándose interiormente. Pero, de forma simultánea, en los suburbios de la margen izquierda como San Francisco se producía la saturación y la degradación social con la llegada masiva de familias obreras que se alojaban en viviendas de escasa calidad constructiva.
A comienzos del siglo XX, a partir de la creación del puerto exterior y de los muelles de Abando, en el Casco Viejo va desapareciendo progresivamente la actividad portuaria y apareciendo nuevas actividades (tenderos, taberneros) de abastecimiento. Asimismo el mercado central de abastos de consolida culminando en el edificio actual construido en 1930, ocupando la histórica plaza mayor.
Las inundaciones que tuvieron lugar en 1983 supusieron el inicio de una profunda tarea de rehabilitación, tanto de viviendas como de edificios públicos, de la mano de la entidad municipal Surbisa. Hoy podemos decir que a nivel de configuración externa no existen en el Casco Viejo fachadas de ejemplos anteriores al siglo XVII, si bien a nivel interno (distribución, núcleos de comunicación) podemos encontrar elementos de pervivencia histórica. Nos encontramos con un paisaje urbano bastante homogeneizado con edificios de cuatro alturas y en ciertas zonas con un elemento que se incorpora a mediados del siglo XIX, el mirador o solana, que llegó a convertirse en recurso arquitectónico reconocible en las residencias burguesas construidas entre 1890 y 1930.
Francisco J. García de la Torre y Bernardo I. García de la Torre