De stad werd steenrijk doordat de inwoners reizende handelaren bescherming boden tegen overvallen van Bedoeïenen. Zelf noemden ze hun stad Tadmoor, wat wonder of mirakel betekent.

De geschiedenis van de stad gaat terug tot het tweede millennium voor Christus. Zij werd door Alexander de Grote veroverd en na zijn dood werd de stad bij het koninkrijk der Seleuciden gevoegd.

Toen de rijke oase, gelegen tussen de Romeinse provincie Syria en Mesopotamia, rond 30 v. Chr. de aandacht trok van de Romeinen, noemden zij het Palmyra (Stad van de palmbomen). Lange tijd diende het als een bufferzone tussen Syrië en de vijandige Parthen. In 30 werd het door Germanicus bij de provincie Syria ingelijfd. Tegen het einde van de 2e eeuw, onder Septimius Severus, kreeg Palmyra de status van Romeinse kolonie en werd het geregeerd door koningen die de naam "Septimius" voor hun eigen Arameese naam plaatsten.

Van 260 tot 267 bewees de toenmalige koning van Palmyra, Septimius Odaenathus zijn bondgenoot, de Romeinse keizer Gallienus, enorme diensten door o.a. in 260 de Parthen van Romeins grondgebied te verdrijven en Mesopotamië voor de Romeinen te heroveren, en in 266 een van de grootste Romeinse vijanden, koning Sapor I, te verslaan. Voor zijn enorme verdiensten voor het Romeinse Rijk kende Gallienus hem bijzondere titels toe: "Leider van de Romeinen" en "Gouverneur van het hele Oosten.

In 267 echter werd Odaenathus samen met zijn oudste zoon om het leven gebracht. Zenobia (Aramees: Bat Zabbai) (ca. 241-?, de tweede vrouw van Odaenathus, en haar zoon Vabalathus bestegen samen de troon, als koning en koningin, aangezien Vabalathus nog te jong was om alleen te kunnen regeren. Zenobia nam al snel de teugels stevig in handen.

De vrede tussen Rome en Palmyra sloeg om in vijandschap toen Gallienus vlak voor zijn dood in 268 een leger tegen Palmyra stuurde en weigerde Vabalathus de titels te geven die zijn vader had verdiend. Een verklaring voor de vijandige houding van Gallienus was dat Odaenathus volgens hem was vergiftigd door Zenobia. Dat was niet onmogelijk, want Zenobia was een eerzuchtige vrouw die er wellicht van droomde heerseres te worden over het oosten, als een nieuwe Cleopatra. Het is echter ook niet uitgesloten dat Gallienus zelf verantwoordelijk was met als motief dat hij de groeiende macht van Odaenathus als een bedreiging ervoer. De twee volgende keizers, Claudius II 'Gothicus' en Quintillus (268 - 270) weigerden eveneens de geëiste titels toe te kennen. Dit verhevigde de vijandschap tussen Palmyra en Rome nog meer. 

Odaenathus was altijd loyaal geweest ten opzichte van de keizer; Zenobia echter liet haar legers het oosten van Klein-Azië bezetten en eiste de Romeinse keizerstitel op voor haar zoon. Daarna, waarschijnlijk tijdens het keizerschap van Quintillus, veroverde zij Egypte. Voor Rome een zeer gevoelige klap, want Egypte was de favoriete provincie van Rome en was ook een van de voornaamste producenten van graan.

Toen Aurelianus in 270 aan de macht kwam kende hij onmiddellijk aan zowel Zenobia als haar zoon alle geëiste titels toe. Maar moeder en zoon claimden beiden nu ook de titels Augusta en Augustus (keizerin en keizer). In feite waren zij ook heer en meester in een groot deel van het Romeinse rijk. In 272 kon Aurelianus zijn aandacht weer op het Oosten richten en leidde zijn legers door Anatolië, bevrijdde de bezette Griekse steden en versloeg het leger van Palmyra bij Antiochië, Emesa en uiteindelijk Palmyra zelf. Zenobia en haar zoon werden door de Romeinen gevangen genomen en in gouden kettingen naar Rome vervoerd waar zij in 273 aankwamen.Over wat er verder met haar gebeurde bestaan drie versies:

• Na de triomftocht in Rome werd zij onthoofd;
• Na de triomftocht vergifigde zij zichzelf;
• Na de triomftocht werd haar toegestaan zich in een villa bij Tibur (thans Tivoli) terug te trekken. Zij trouwde een senator, stichtte een gezin en stierf een natuurlijke dood.

De laatste versie is de meest waarschijnlijke, aangezien een aantal bronnen nog haar nakomelingen vermelden.

De Romeinse keizer Gallienus (263-268) zond een leger tegen haar in het veld, maar dit werd verslagen. Profiterend van de toenmalige zwakte van Rome, veroverde Zenobia Syrië, daarna Egypte (269) en het volgend jaar heel Klein-Azië, behalve Bythinië. Keizer Aurelianus (270-275) liet haar aanvankelijk begaan, maar begon in 271 tegen haar op te treden. Probus veroverde Egypte; de keizer zelf veroverde Klein-Azië. In 272 trok Aurelianus opnieuw tegen haar ten velde. Zenobia, in volle wapenrusting, voerde persoonlijk haar soldaten aan tegen de Romeinse legioenen, maar een bloedige slag in Syrië betekende het einde van haar stoutmoedige plannen. 

Palmyra moest zich na een korte belegering overgeven en de trotse koningin en haar zoon werden gevankelijk naar Rome gebracht en meegevoerd in Aurelianus' triomftocht (274). De rest van haar leven bracht zij door in een villa te Tibur. Aurelianus wilde Palmyra, dat een korte tijd van intense bloei had beleefd, aanvankelijk sparen, maar toen de bewoners in 273 een poging tot oproer ondernamen, liet hij de stad met de grond gelijk maken.  

Heden ten dage ligt er slechts een armzalig dorpje op de plaats waar eens het trotse Palmyra verrees; de ruïnen van de stad zijn echter de fraaiste die uit de Romeinse tijd bewaard zijn gebleven. Sinds 1930 zijn deze ruïnes systematisch opgegraven. Zij omvatten onder meer een aan Baäl gewijde tempel, gesticht in 32 v. Chr., omgeven door ca. 15 meter hoge zuilen, een theater, een triomfboog, een door zuilenrijen omgeven hoofdstraat en de cella van een aan Baälsjemin gewijde tempel.

Onder keizer Diocletianus werd rond 300 een nieuwe stadsmuur gebouwd. In 324 nam de toenmalige bisschop van Palmyra, Marinus, deel aan het Concilie van Nicea. Palmyra werd in 634 veroverd door de moslims, waarna op het grondgebied van de antieke stad een Arabische nederzetting werd gesticht. Pas rond 800 verliet het merendeel van de bevolking het gebied. De achterblijvers trokken zich terug binnen de muren van de tempel van Bell. Aan de ruïnes is nog te zien hoe groots deze woestijnstad was: van de tempel van Bel, gewijd aan de god Baäl, tot de zuilengang (colonnade) van 1,2 kilometer lang. Hiermee wilde Palmyra de colonnade van Apamea (eveneens in Syrië) naar de kroon steken. Maar die is langer: ruim 1,8 kilometer.

Het Tetrapylon in Palmyra

Colofon