До наших дней не сохранилось письменных свидетельств возникновения кремля, но, по официальной версии, город Казань был основан в начале X века. В начале своего существования кремль именовался Керман. Какие-либо письменные источники на этот счёт отсутствуют.
Наиболее ранние археологические находки были обнаружены в северной части кремля, ближе к Казанке, там где находилось древнейшее булгарское укрепленное поселение и позднее, в течение столетия, крепость Казанского ханства. Исследователи расходятся относительно датировки деревянных крепостных сооружений древнейшего периода: некоторые полагают, что булгарское торговое поселение было укреплено уже в X веке, другие только в XII веке. Относительно характера укреплений учёные также расходятся, одни полагают, что каменные стены частично были возведены уже в XII веке, другие полагают, что лишь в XV или в XVI веках, после реконструкции кремля по указу Ивана Грозного псковскими зодчими.
Со 2-й половины XIII века до 1-й половины XV века кремль превращается в центр Казанского княжества в составе Золотой Орды, в 1236 году монгольские орды во главе с Батыем вторглись в пределы Волжской Булгарии и разорили столицу Булгар, а в 1240 году Булгария, как и русские княжества, окончательно оказалась в подчинении Золотой Орды. Часть булгар бежала в районы Казанки и основали Иске-Казань, город в 45 километрах от Казани. В 1370 году булгарский князь Хасан заложил основу крепости на месте современного Казанского кремля, служившей резиденцией булгарских князей до 1445 года.
После осады Казани Иваном Грозным в 1552 году крепость лежала в руинах. Для строительства нового белокаменного кремля царь призвал псковских зодчих Постника Яковлева и Ивана Ширяя, как повествует летопись «Стены градные разбитые и горелые государь назидати повеле», для чего псковским старостам «да с ними церковному и городовому мастеру Постнику Яковлеву да каменщикам псковским Ивашку Ширяю со товарищи к весне в Казани новый город Казань делати, прибрати двести человек псковских каменщиков, стенщиков да ломцев, сколько будет человек пригоже». Крепость была значительно расширена, 6 башен построили из камня, но в XVI веке удалось лишь на треть заменить деревянные стены каменными и большую часть стен и башен кремля возвели из дуба. Только в начале XVII века происходит окончательная замена деревянных оборонительных сооружений Казанского кремля на каменные.
Вместе с возведением стен псковские мастера построили и первые православные храмы Казанского кремля, Благовещенский собор, церковь святых Киприана и Иустины, церковь Дмитрия Солунского у Дмитриевской башни, Спасская церковь у Спасской башни, а также два монастыря, Троице-Сергиевский с деревянными Троицкой и Сергиевской церквями и Спасо-Преображенский, с каменной церковью Николы Ратного, а также каменным, из тёсаного известняка, подклетом деревянного Преображенского собора.
После пожара 1672 года в кремле началось кирпичное строительство, ряд башен, в том числе Спасская, были значительно перестроены московскими зодчими.
После революции 1917 года, в 1920—1930-х годах, в период борьбы с религией, в Казанском кремле были разрушены колокольня и соборный храм Спасского монастыря, колокольня Благовещенского собора, церковь святых Киприана и Иустинии, Спасская часовня при Спасской башне, утрачены иконостасы, чтимые иконы и реликвии кремлёвских церквей. В советский период продолжается археологическое изучение кремля, начатое ещё в XIX веке профессором Казанского университета Н. П. Загоскиным, П. А. Пономаревым и другими казанскими краеведами. В 1960-е была образована Татарская реставрационная мастерская. С образованием Республики Татарстан в 1992 году казанский кремль становится резиденцией Президента Республики Татарстан. В 1993-1994 годах были разработаны «Основные направления реконструкции и развития комплекса Казанского Кремля». 22 января 1994 года указом президента Республики Татарстан создаётся Государственный историко-архитектурный и художественный музей-заповедник «Казанский Кремль», положивший начало планомерному научному изучению и реставрации комплекса Кремля. Была отреставрирована большая часть оборонительных стен, а также три башни, Преображенская, Тайницкая, Воскресенская. Основания четырёх ранее обрушившихся и разобранных башен были изучены археологами, после чего была выполнена их консервация и музеефикация. Также консервации с музеефикацией подверглись несколько объектов XV-XVI веках в древней части Кремля, археологические остатки одного из представительских зданий из комплекса ханского двора, ханской мечети, усыпальницы казанских ханов. Было начато возведение мавзолея для перезахоронения останков ханов, извлеченных во время раскопок. В ходе раскопок был также обнаружен погост Троицкого монастыря, некрополь и «пещерка» Спасо-Преображенского монастыря, где под толщей асфальта и щебня сохранились захоронения местночтимых казанских святых. С помощью укрепления фундаментов удалось остановить падение башни Сююмбике. В это время полностью отреставрирован губернаторский дворец и Дворцовая церковь. Также были отреставрированы четыре здания, входящие в комплекс Пушечного двора. В комплексе Архиерейского двора отреставрирован кафедральный Благовещенский собор. В 1995 году начались работы по воссозданию легендарной мечети Кул Шариф и реставрации интерьеров, раскрытию фресок, воссозданию иконостаса кафедрального Благовещенского собора. Под собором был расчищен подземная церковь во имя «Всех святых» с некрополем Казанских архиереев, отреставрирована келья первосвятителя казанского Гурия, примыкающая к собору с юга. Комплекс мечети был изначально запланирован как культовый, культурно-просветительский и мемориальный центр, поэтому в нижнем этаже здания разместили Музей Ислама.
30 ноября 2000 года на сессии Комитета по Всемирному наследию ЮНЕСКО был включён в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Казанский кремль вобрал в себя достижения татарского и русского градостроительного искусства, в память об этом в кремле в сквере у Благовещенского собора поставлен памятник татарскому и русскому зодчим. Для Кремля и его главных объектов устроена эффектная вечерняя подсветка. Панорамные классические виды на Кремль открываются с площадей Тысячелетия и Дворцовой, а также с Кремлёвской дамбы.
