En el año de 1539 el capitán don Juan de Cabrera, fundó por primera vez la ciudad en el sitio que hoy se conoce con el nombre de las Tapias, en Otás, Campoalegre, sobre la orilla derecha del río Neiva, en dominio de los indios Tamas. La antigua fundación duró poco y hacia 1550 don Juan de Alonso y Arias, la trasladó al sitio que hoy ocupa Villavieja, donde fue destruida por las tribus Pijaos en 1560. La tercera fundación la realizó el 24 de mayo de 1612, en el sitio que hoy ocupa, don Diego de Ospina y Madinilla, como la capital de la provincia de Páez, que en 1610 se había separado de la gobernación de Popayán y tenía por capital a la ciudad de San Sebastián de La Plata.

La nueva Provincia de Neiva se formó luego con la unión de cuatro cabildos con la ciudad como capital, la Plata, Timaná y Purificación, y declaró solemnemente su independencia según acta redactada y firmada por Don José Rafael de Cabrera y Cuellar el 8 de febrero de 1814. 

Según cifras del DANE, en el censo del año 2005, Neiva contaba con una población de 315.999 personas, con una densidad de aproximadamente 289.7 habitantes por kilómetro cuadrado, se estima una proyección para el año 2016 de 345 806 habitantes. Del total, 326 172 personas viven en la cabecera municipal y 19 634 en el área rural. El 47,7% corresponden a hombres y el 52,3% a mujeres. Aproximadamente el 70,2% de los hogares de Neiva tiene 4 o menos personas. El 8,4% de la población de 5 años y más que reside actualmente en este municipio procede de otro municipio y el 0,1 % de otro país.​