สมเด็จฯ กรมพระยาดำรงราชานุภาพทรงเล่าถึงเมืองสิงห์ถวายสมเด็จเจ้าฟ้ากรมพระยานริศรานุวัดติวงศ์ไว้ในสาสน์สมเด็จว่า "...เมืองสิงห์บุรีเป็นเมืองใหญ่และเก่า มีป้อมปราการ วัง วัดมหาธาตุ และของสำคัญ คือ พระนอนจักรสีห์ ใหญ่ยาวกว่าพระนอนองค์อื่น ๆ ในเมืองไทย ทำเป็นแบบพระนอนอินเดียเหมือนเช่นที่ถ้ำคูหาภิมุข วัดคูหาภิมุข อำเภอเมืองยะลา คือ พระกรขวาศอกยื่นไปทางด้านหน้า ไม่ทำงอพระกรตั้งขึ้นรับพระเศียรแบบพระนอนไทย เมืองสิงห์เรียกชื่อต่าง ๆ ดังนี้ เมืองสิงหราชาธิราช เมืองสิงหราชา เป็นเมืองตั้งอยู่ริมแม่น้ำจักรสีห์อันเป็นลำน้ำใหญ่ ห่างแม่น้ำเจ้าพระยา 200 เส้น เพราะแม่น้ำจักรสีห์ตื้นเขิน เมืองสิงห์จึงกลายเป็นเมืองอยู่ลับลี้..." ก็แสดงว่า สิงห์บุรีเป็นเมืองที่ยิ่งใหญ่ในประวัติศาสตร์ มีอดีตยาวนาน จากหลักฐานทางประวัติศาสตร์และโบราณคดีพบว่า มีการตั้งถิ่นฐานของชุมชนโบราณมาเป็นเวลานานหลายยุคหลายสมัย

ยุคก่อนประวัติศาสตร์

พบร่องรอยหลักฐานมนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์ที่บ้านชีน้ำร้าย อำเภออินทร์บุรี บ้านบางวัว ตำบลไม้ดัด อำเภอบางระจัน บ้านคู ตำบลพักทัน อำเภอบางระจัน คือ ขวานหิน แวดินเผา หินดุ ชิ้นส่วนกำไลสำริด ค้นพบโดยพระเจ้าแสนภูมิ

สมัยทวารวดี

พบหลักฐานที่เมืองโบราณบ้านคูเมือง ตำบลห้วยชัน อำเภออินทร์บุรี เป็นการตั้งถิ่นฐานแบบ "เมืองคูคลอง" มีแผนผังเกือบเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส มีคูน้ำ คันดินล้อมรอบ โบราณวัตถุที่ขุดพบ เช่น ภาชนะดินเผา ลูกปัด แท่นหินบด แวดินเผา ตะคัน ฯลฯ ส่วนหนึ่งจัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ อินทร์บุรี ปัจจุบันสถานที่ดังกล่าวเป็นสวนรุกขชาติและที่ตั้งหน่วยอนุรักษ์พันธุ์ไม้จังหวัดสิงห์บุรี

เมืองวัดพระนอนจักรสีห์ ที่ตำบลจักรสีห์ อำเภอเมืองสิงห์บุรี รูปแบบเมืองเป็นเมืองซ้อน มีเมืองชั้นในรูปค่อนข้างกลมและเมืองชั้นนอกล้อมรอบรูปสี่เหลี่ยมมน ไม่ปรากฏร่องรอยกำแพงเมือง (ที่ทำด้วยดินพูนสูง) แต่คูเมืองบางด้านยังปรากฏให้เห็น สิ่งที่พบคือ ลูกปัด แวดินเผา เศษภาชนะ ฯลฯ

แหล่งโบราณคดีบ้านคีม ที่ตำบลสระแจง อำเภอบางระจัน มีสภาพเป็นเนินดินรูปรี กว้าง 200 เมตร ยาว 500 เมตร มีคูน้ำขนาดกว้าง 5 เมตร

สมัยสุโขทัย

มีการค้นพบเครื่องสังคโลกสมัยสุโขทัยตามวัดร้างและแม่น้ำเจ้าพระยา แต่ไม่ปรากฏหลักฐานว่าชุมชนต่าง ๆ นั้นมีความสำคัญมากน้อยเพียงไร เพราะในช่วงที่อาณาจักรสุโขทัยรุ่งเรืองนั้นได้มีอำนาจแผ่ขยายอาณาเขตครอบคลุมในบริเวณภาคกลางและลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยา

สมัยอยุธยา

ปรากฏเหตุการณ์ที่สำคัญคือ สมัยสมเด็จพระรามาธิบดีที่ 1 (พระเจ้าอู่ทอง) ได้ตั้งเมืองสิงห์บุรีเป็นเมืองลูกหลวง และทรงตั้งเมืองอินทร์บุรีและเมืองพรหมบุรีเป็นเมืองหลานหลวง นอกจากนี้แล้ว เมืองทั้งสามยังเป็นหัวเมืองชั้นในและหัวเมืองหน้าด่านรายทางด้านทิศเหนืออีกด้วย โดยมีเมืองลพบุรีเป็นเมืองหน้าด่านหลัก แสดงให้เห็นว่า เมืองสิงห์บุรี เมืองอินทร์บุรี และเมืองพรหมบุรี มีอยู่แล้วเมื่อตั้งกรุงศรีอยุธยา ก่อนหน้านั้นเมืองทั้งสามอาจอยู่ในการปกครองของอาณาจักรสุโขทัยก็ได้ แต่ไม่ปรากฏแน่ชัดว่าเมืองทั้งสามสร้างขึ้นในสมัยไหน

สมัยสมเด็จพระบรมไตรโลกนาถได้ทรงจัดการปกครองใหม่ โดยกำหนดให้หัวเมืองชั้นในเป็นหัวเมืองจัตวา ดังนั้น เมืองอินทร์บุรี เมืองพรหมบุรี และเมืองสิงห์บุรีจึงเปลี่ยนฐานะเป็นหัวเมืองจัตวา

ในสมัยสมเด็จพระมหาจักรพรรดิ เมื่อปี พ.ศ. 2086 เมืองสิงห์เป็นเมืองที่สมเด็จพระมหาธรรมราชาให้ทหารไปสืบข่าวเรืองศึกสงครามกับพม่า ขณะเดียวกันก็ได้ยกกองทัพไปตั้งที่เมืองอินทร์บุรี เพื่อหยั่งเชิงดูข้าศึกอีกด้วย ดังปรากฏในพระราชพงศาวดารฉบับพระราชหัตถเลขา สมัยสมเด็จพระมหาธรรมราชา

ในปี พ.ศ. 2127 หลังจากสมเด็จพระนเรศวรมหาราชทรงประกาศอิสรภาพได้ไม่นาน พม่าก็ได้ยกกองทัพมาตีกรุงศรีอยุธยาอีกครั้ง ครั้งนี้พม่ายกกองทัพมาสองทาง คือ ทางเหนือมีพระเจ้าเชียงใหม่เป็นแม่ทัพ และทางตะวันตกมีพระยาพะสิมเป็นแม่ทัพ แต่ทัพของพระยาพะสิมถูกกองทัพกรุงศรีอยุธยาตีแตกไปก่อน โดยที่พระเจ้าเชียงใหม่ยังไม่ทราบ เมื่อกองทัพพระเจ้าเชียงใหม่ยกมาถึงเมืองชัยนาท ก็ให้แต่งทัพหน้ามาตั้งที่บางพุทรา ซึ่งตั้งอยู่ริมแม่น้ำเจ้าพระยา (ภายหลังคือ ตัวจังหวัดสิงห์บุรี)

พ.ศ. 2308 สมัยพระเจ้าเอกทัศ ในขณะที่พม่าตั้งค่ายล้อมกรุงศรีอยุธยาอยู่ ชาวบ้านบางระจันได้รวมตัวกันต่อสู้กับพม่าที่บ้านบางระจัน เมืองสิงห์บุรี ซึ่งมีผู้นำสำคัญของชาวบ้านและปรากฏชื่อ คือ

โดยชาวบ้านบางระจันได้ต่อสู้กับพม่าและสามารถเอาชนะกองทัพพม่าได้ถึง 7 ครั้ง จนถึงครั้งที่ 8 ชาวบ้านบางระจันจึงพ่ายแพ้ในวันจันทร์ แรม 2 ค่ำ เดือน 8 ปีจอ พ.ศ. 2309 รวมเวลาที่ไทยรบกับพม่าทั้งสิ้น 5 เดือน คือ ตั้งแต่เดือน 4 ปลายปีระกา พ.ศ. 2308 ถึงเดือน 8 ปีจอ พ.ศ. 2309 (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมใน วีรชนบ้านบางระจัน)

สมัยธนบุรี

เมืองอินทร์บุรี เมืองพรหมบุรี เมืองสิงห์บุรี ขึ้นกับกรุงธนบุรี ในประชุมพงศาวดารฉบับพันจันทนุมาศ (เจิม) กล่าวถึงสำเนาท้องตรา พ.ศ. 2316 เกณฑ์ผู้รักษาเมืองสิงห์บุรี เมืองพรหมบุรี เมืองอินทร์บุรี ยกทัพไปสกัดข้าศึกด้านตะวันออกและคุมพรรคพวกซ่องสุมกำลังยกไปขุดคูเลนพระนครกรุงธนบุรี

สมัยรัตนโกสินทร์

มีหลักฐานที่ปรากฏคือ พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวโปรดเกล้าฯ ให้จัดการปกครองมณฑลเทศาภิบาล เมืองสิงห์บุรี เมืองอินทร์บุรี และเมืองพรหมบุรีเข้าอยู่ในมณฑลกรุงเก่า (ในสมัยรัชกาลที่ 6 ได้เปลี่ยนชื่อเป็นมณฑลอยุธยา) และปี พ.ศ. 2439 ยุบเมืองอินทร์บุรีและเมืองพรหมบุรีเป็นอำเภออินทร์บุรีและอำเภอพรหมบุรีขึ้นกับเมืองสิงห์บุรี พร้อมกับตั้งเมืองสิงห์บุรีขึ้นใหม่ที่ตำบลบางพุทรา ส่วนเมืองสิงห์บุรีเดิมยุบเป็น "อำเภอสิงห์" และต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็นอำเภอบางระจัน

ปี พ.ศ. 2444 อำเภอเมืองสิงห์บุรีเปลี่ยนชื่อเป็น อำเภอบางพุทรา และในปี พ.ศ. 2481 ทางราชการสั่งให้เปลี่ยนชื่อที่ว่าการอำเภอที่ตั้งอยู่ในเมืองให้เป็นชื่อของจังหวัดนั้น ๆ อำเภอบางพุทราจึงได้กลับไปใช้ชื่ออำเภอเมืองสิงห์บุรีมาจนถึงปัจจุบัน