A colonização de São Paulo começou em 1532 quando, em 21 de janeiro, Martim Afonso de Souza fundou a povoação que iria transformar-se na Vila de São Vicente, uma das mais antigas do Brasil e a mais remota da Colônia. Dando continuidade à exploração da terra e em busca de novos gentios a evangelizar, no cumprimento da missão que os trouxera ao Novo Mundo, um grupo de jesuítas, do qual faziam parte José de Anchieta e Manoel da Nóbrega, escalou a serra do mar chegando ao planalto de Piratininga, onde encontraram, segundo cartas enviadas a Portugal, "uma terra mui sadia, fresca e de boas águas". 

Do ponto de vista da segurança, a localização topográfica de São Paulo era perfeita: situava-se numa colina alta e plana, que facilitava a defesa contra ataques de índios hostis. Nesse lugar, fundaram um colégio em 25 de janeiro de 1554, ao redor do qual se iniciou a construção das primeiras casas de taipa, que dariam origem ao povoado de São Paulo de Piratininga. Em 1560, o povoado ganhou foros de vila. No início, São Paulo vivia da agricultura de subsistência, aprisionando índios para trabalharem como escravos na frustrada tentativa de implantação em escala da lavoura de cana-de-açúcar. Mas o sonho já era então a descoberta do ouro e dos metais preciosos. Assim, na segunda metade do século começariam as viagens de reconhecimento ao interior do país, as "bandeiras", expedições organizadas para aprisionar índios e procurar pedras e metais preciosos nos sertões distantes, dando início ao desbravamento das Minas Gerais. 

Em 1681, São Paulo foi considerada cabeça da Capitania, que incluía então um território muito mais vasto que o do atual Estado. Embora em 1711 a vila tenha sido elevada à categoria de cidade, o próprio êxito do empreendimento bandeirante fez que a Coroa desmembrasse a capitania, para ter controle exclusivo sobre a região das Minas. Por isso, ao longo de todo o século XVIII, São Paulo continuava sendo apenas o quartel-general de onde não cessavam de partir as "bandeiras", responsáveis pela ampliação do território brasileiro a sul e a sudoeste muito além da linha de Tordesilhas, na proporção direta do extermínio das nações indígenas que colocavam resistência a esse empreendimento. 

Disso tudo resultou a proverbial pobreza da província de São Paulo na época colonial, carente de uma atividade econômica lucrativa como a do cultivo da cana-de-açúcar no Nordeste, contando sobretudo com a mão-de-obra do indígena e desfalcada de seus homens válidos, que partiam para o sertão a redesenhar as fronteiras do Brasil. Durante os três primeiros séculos de colonização, o número de índios e mamelucos superou em muito o de europeus. Até meados do século XVIII, predominava entre a população uma "língua geral" de base tupi-guarani, sendo essa língua franca a mais falada em toda a região. 

No período da união das coroas ibéricas, entre 1580 e 1640, estima-se que o espanhol fosse a segunda língua da vila de São Paulo. Após a Independência, em 1822, os africanos representavam algo em torno de 25% da população, e, os mulatos, mais de 40%. Era já então insignificante a presença de índios nas zonas ocupadas pela colonização, e em especial nas lavouras de açúcar, implantadas com êxito no litoral norte e na região entre Itu e Sorocaba. Assim, a grande virada da economia paulista só aconteceria na passagem do século XVIII para o XIX, quando as plantações de café começaram a substituir as de cana-de-açúcar e a se preparar para ocupar o primeiro plano na economia nacional.