В летописях первое упоминание Костромы относится к 1213 году. В это время шла междоусобная война потомков владимиро-суздальского князя Всеволода Большое Гнездо, во время которой город был сожжен войсками ростовского князя Константина Всеволодовича. Однако Кострома быстро поднялась и с 1246 года город становится центром самостоятельного княжества, которым правил Василий Ярославич младший брат Александра Невского.
В деревянной церкви, построенной во имя святого Федора Стратилата долгое время находилась главная святыня Костромы – чудотворная икона Федоровской Божией Матери, обретенная князем Василием Ярославичем чудесным образом. Когда князь был на охоте, недалеко от него промелькнул какой-то зверь, князь бросился за ним и вдруг остановился. Впереди, на сосне, он увидел икону Богоматери. Князь хотел взять ее, но икона поднялась в воздух. Он поспешил в город, собрал духовенство и народ, и все вместе направились к лесу. Совершив молебен, священники приняли икону на руки и понесли в Кострому. Там поставили ее в храме великомученика Федора Стратилата. С тех пор жители обращались за помощью и защитой к чудотворному образу.
Когда в 1262 году во всей Северо-Восточной Руси вспыхнуло восстание против ордынских угнетателей, Кострома приняла в нем активное участие, разгромив подошедший к городу карательный отряд. Перед этим нашествием костромской князь Георгий Васильевич, страшась, что его город постигнет та же страшная участь, что и другие города, долго молился перед Федоровской иконой, а затем взял ее с собой на поле битвы. Чудотворную икону несли перед ополчением. Когда татары пошли в наступление вдруг яркие лучи, исходящие от иконы, ослепили их. Татары обратились в бегство. Божия Матерь спасла Кострому. На том месте, где во время битвы находилась икона, был поставлен крест, а озеро, находящееся рядом, стало называться Святым.
Князь Владимир любил Кострому. В городе совершались княжеские свадьбы, собирались съезды князей и т.д. В середине XIV века, после присоединения к Московскому княжеству, Кострома являлась опорным пунктом русского государства в Поволжье. Со времени Дмитрия Донского Кострома, как и вся территория великого княжения, становится наследственным владением московских князей.
В 1380 году Костромской полк, которым командовал боярин Иван Квашня, в составе общерусской рати принимал участие в битве на Куликовом поле. В конце XIV – начале XV веков Кострома была хорошо укрепленным городом. Именно сюда для сбора войск во время нашествия Тохтамыша в 1382 году приехал Дмитрий Донской. В 1409 году в Костроме спасался от нашествия Едигея сын Дмитрия Донского Василий.
В середине XV века Кострома довольно часто становится ареной боевых действий в междоусобной борьбе Москвы и Галича. Во второй половине XV – первой половине XVI веков Кострома выполняет важную роль крепости на русско-казанском рубеже. После того, как в 1552 году Казань присоединили к Московскому государству, Кострома утрачивает значение крепости, но становится важным центром на волжском торговом пути.
В 1598 году на месте деревянного Троицкого собора царь Борис Годунов построил величественный каменный собор, вокруг которого были возведены мощные стены с башнями. В Троицком соборе похоронены отец и мать Годунова. Ипатьевский монастырь делится на Старый и Новый город. Стены Старого города возведены при Борисе Годунове, а Новый построен царем Михаилом.
Все русские цари из дома Романовых с благоговением посещали Кострому и Ипатьевский монастырь, откуда пошла царская династия. Долгие годы в Ипатьевском монастыре хранилась Ипатьевская летопись – копия XV века с древнейшего летописного свода Киевской Руси. В нее входит «Повесть временных лет», Киевский свод XII века и Галицко-Волынская летопись.
XVI столетие является временем экономического подъема и роста города. В нем начинается каменное строительство, сооружается городской Успенский собор, в 1559 – 1565 годах при царе Иване Грозном возводится Богоявленский собор Богоявленского монастыря, в котором находится Федоровская икона Божией Матери. В конце XVI – начале XVII веков активное строительство ведется в пригородном Ипатьевском монастыре, которому покровительствовал Борис Годунов и его родственники.
Значительную роль играла Кострома в событиях Смутного времени. После гибели Лжедмитрия I сюда была сослана часть свиты Марины Мнишек. В 1609 года отряды «тушинского вора» и его польских сторонников овладели городом и сделали своим опорным пунктом Ипатьевский монастырь с его каменными стенами, совершая оттуда набеги на окрестности. Костромское ополчение осадило монастырь и взяло его штурмом. Активное участие жители города принимали в организации народных ополчений 1609 и 1612 годов. В 1612 году нижегородское ополчение останавливалось в Костроме по пути в Ярославль.
Особого расцвета достигла Кострома в XVII веке. В это время по экономическому значению она занимала четвертое место среди русских посадов, уступая лишь Москве, Ярославлю и Казани. Значительную часть населения составляли ремесленники различных специальных специальностей. На всю страну славилось костромское мыло и кожи костромской выделки.
Во время пожара 1654