西安钟楼建成于明朝洪武十七年（1384年）。它最初位于西大街以北广济街口的迎祥观，与西安鼓楼对峙，距目前所在位置约1000米。当时此地与南北城门正对，是城中心之所在。
钟楼西北角陈列着一口明代古钟，重五吨，钟边铸有八卦图案。整个钟楼雕梁画栋，气势雄浑，作为击锺报时之用，故得名。
随着明朝初期长安城的扩建，城市中心逐渐东移。过了两个世纪后，城门改建，新的东、南、西、北四条大街形成，位于迎祥观的钟楼便日益显得偏离城市中心。
万历十年（1582年），在陕西监察御使龚懋贤的主持下，咸宁、长安二县县令奉命将其迁建于现址。移建工程除重新建造基座外，本质结构的楼体全是原件，所以耗资不多，工程迅速。但600多年前完成如此庞大建筑的整体迁移，在世界建筑史上十分罕见。龚懋贤所作《钟楼东迁歌》记载了这次迁移工程的
西安钟楼，故在城西隅。徙而东，自予始。楼唯筑基处，一无该创，故不废县官而工一就。无何，预告去，不及观其成。漫歌手书，付咸、长二令。备撰记者采焉。歌曰：羌此楼兮谁厥诒？来东方兮应昌期。挹终南兮云为低，凭清渭兮衔朝曦。鸣景云兮万籁齐，彰木德兮奠四隅。千百亿祀兮，钟虞不移。
清朝康熙三十八年（1699年）、乾隆五年（1740年）和道光二十年（1840年）又分别对西安钟楼进行了大规模的修缮。其中，乾隆五年，巡抚张楷按原结构重修后发现，罩着景云钟的房子密不透风，使钟声“纳而不出”，外面听起来声音很小。于是就将原于室内悬挂的唐朝“景云钟”移出室外，以使报时之声远扬，并作《重修西安钟楼记》。
1939年10月10日西安钟楼遭日机轰炸，毁坏严重，钟楼被轰炸后，西京市政建设委员会工程处对此进行了修补。
中华人民共和国成立后西安钟楼又大修过5次。1956年8月，被列入陕西省人民政府公布为陕西省第一批重点文物保护单位。
1984年正式对外开放。1996年11月被列入全国重点文物保护单位。