En los comienzos más remotos se cree que Xochimilco estaba poblado por animales como el mamut, el mastodonte y el bisonte, siendo una zona con las condiciones climáticas ideales para que de pronto se encuentren grupos nómadas de cazadores y recolectores en el área.
Posteriormente comienzan a asentarse grupos de agricultores creando aldeas, algunas, desarrollándose hasta crear comunidades más grandes con intercambio comercial entre unas y otras. En cierto momento el volcán Xitle hace erupción y la ribera del lago de Xochimilco queda despoblada.
En el periodo Clásico del 200 al 650 d.C., la zona está bajo el influjo de Teotihuacán, concentrando a la mayoría de la población existente. Los asentamientos son una parte del sistema de aprovechamiento de alimentos y bienes para la ciudad.
Con la caída de Teotihuacan las otras regiones de la Cuenca, entre ellas la que se encuentra en Xochimilco, comienzan a crecer en términos de población, y con esto también hay un reacomodo en la relaciones políticas y comerciales. En las orillas del lago de Xochimilco comienza la construcción y utilización intensiva de chinampas.
En el posclásico temprano, de 900 al 1200 d.C. los xochimilcas fueron parte de las tribus nahuas que migraron al Centro de México desde el norte, eran guiados por el señor Huetzalin o Quilaztli. Cuando llegaron a la Cuenca de México, lo xochimilcas se asentaron en Tlacotenco, Santa Ana y Milpa Alta para ocupar el Cerro Cuailama en Santa Cruz Acalpixca. Desde entonces se da la mayor expansión en el sistema de chinampas en el lago de Xochimilco. Más tarde Xochimilco se convierte en un asentamiento de grandes dimensiones e importancia, gracias a su productividad en el cultivo. Con esto el área se convierte en el centro rector del sur de la Cuenca de México, registrando un alto incremento de la población. El área de las chinampas llega a los 12 mil habitantes. Xochimilco controla una amplia región que se extiende de Morelos hasta Tochimilco, en Puebla.
Alrededor del año 1352 los xochimilcas se mudan al islote de Tlilan, ocupando lo que ahora es el centro de Xochimilco.
Del 1375 al 1395 con el Gobierno del tlatoani mexica Acamapichtli, Xochimilco es conquistado por los mexicas, un encargo hecho por los tepanecas de Azacapotzalco. En los años que van de 1427 al 1440 con el Gobierno de Itzcóatl en Tenochtitlan. Xochimilco es conquistado y sus tierras repartidas entre la nobleza mexica. En los siguientes años desde 1460 hasta 1521, Xochimilco está bajo los reinados de Xihuitlémoc, Ilhuicaminatzin, Tlicoyahualtzin y Xichuitltémoc.
A la llegada de los conquistadores Xochimilco era la ciudad más importante de la región de los lagos dulces del sur. El trazo urbano de la zona eran dos ejes y dos diagonales que concurrían en un punto el cual pudo haber sido el centro ceremonial de la ciudad, actualmente es donde se encuentra el mercado, a un costado del convento del siglo XVI.
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