کاوش‌های باستان‌شناسی در کوه‌های گودین و چگاوی نزدیک کنگاور و نوشیجان ملایر بخش‌هایی از فرهنگ و زندگی قوم مادها را در این دوران آشکار کرده است. اینها شامل اولین نمونه های کتابت، اشکال اولیه ضرب سکه و نخستین نمونه های فرهنگ و معماری مذهبی ایرانی است. به گفته هرودوت مورخ یونانی، در اواخر قرن هشتم قبل از میلاد. ساختار سیاسی و نظامی را به رهبری شخصی به نام دیاکو تشکیل داد و اولین دولت مقتدر را در فلات ایران تأسیس کرد. دیاکو شهر همدان را به عنوان پایتخت خود انتخاب کرد و به فرمان او دژهای عظیمی از هفت حصار ساخته شد که هر کدام به رنگ خاصی تزئین شده بودند. دو حصار میانی را با صفحات نقره و طلا پوشانده بودند و در حصار میانی قصرها و خزانه‌هایی برپا می‌کردند و مردم اطراف این هفت حصار خانه‌های خود را ساخته بودند. بیشتر باستان شناسان بر این باورند که تپه هگمتانه در همدان همان استحکامات باقی مانده است. شهر همدان در دوران حکومت 150 ساله مادها از برکات فراوانی برخوردار بود و پس از سقوط آن حکومت، اگرچه موقعیت مرکزی خود را از دست داد، اما یکی از پایتخت های سه گانه هخامنشیان به شمار می رفت. وجود کتیبه‌های گنجنامه، بقایای ستون‌های سنگی، کاخ‌های هخامنشی، جام‌ها و لوح‌های طلا و نقره از این دوره که در همدان یافت شده، نشان از اهمیت شهر و منطقه در این دوره دارد. 330 قبل از میلاد قبل از میلاد، شهر همدان توسط اسکندر مقدونی ویران شد، اما به دلیل موقعیت استراتژیک، مقر نظامی او شد. در اواخر دوره سلوکی، همدان صحنه نبردهای متعدد با اشکانیان بود تا اینکه مهرداد اشکانی در سال 155 قبل از میلاد این شهر را فتح کرد. مشغول. از دوره اشکانی و سلوکی وضعیت شیر ​​سنگی و بقایای گورستانی در شهر همدان و بقایای معبد لائودیسه در شهر نهاوند باقی مانده است. در کتابی به زبان پهلوی با عنوان شهرهایی که در زمان قباد (500 پس از میلاد) نوشته شده است، تأسیس همدان یزد را به گرد اول نسبت می‌دهند که نشان می‌دهد فعالیت‌های عمرانی چشمگیری در این شهر صورت گرفته است.