1204 – 1645 μ.Χ.
Μετά την κατάλυση της Βυζαντινής Αυτοκρατορίας από τους Λατίνους, η Κρήτη δόθηκε στον Βονιφάτιο Μαρκήσιο του Μομφερά, ο οποίος την πούλησε στους Βενετούς για 1.000 ασημένια μάρκα. Το 1252 οι Βενετοί κατάφεραν να επιβληθούν απέναντι στους ντόπιους, αλλά και στους Γενουάτες, οι οποίοι με επικεφαλής τον Κόμη της Μάλτας Ερρίκο Πεσκατόρε είχαν καταλάβει την Κρήτη. Αφού απομάκρυναν κάθε απειλή, άρχισαν να οικοδομούν την πόλη πάνω στα ερείπια της αρχαίας Κυδωνίας προσαρμόζοντας στη γλώσσα τους το όνομα Χανιά ως La Canea.
Πολλές είναι οι εκδοχές όσον αφορά στην ετυμολογία του τοπωνυμίου της πόλης. Πιθανόν η ονομασία Χανιά να προέρχεται από παραφθορά του ονόματος Χθονία, που ήταν ένα από τα αρχαία ονόματα της Κρήτης. Σύμφωνα με άλλη εκδοχή, πιθανόν να προέρχεται από το αραβικό Χάνι ή τέλος από την Αλχανία Κώμη (προάστιο ή συνοικία της Κυδωνίας).
Το νησί αποτέλεσε μια ευρεία διοικητική περιφέρεια με το όνομα «Βασίλειο της Κρήτης» και η πόλη με το νομό Χανίων χωρίσθηκε σε 90 «καβαλαρίες». Λίγα χρόνια όμως αργότερα, το 1266, οι Γενοβέζοι με αρχηγό τον Obertino Doria κατέλαβαν και πάλι την πόλη, την οποία λεηλάτησαν και παρέδωσαν στη φωτιά.
Οι Ενετοί, μετά την εκδίωξη των Γενοβέζων, όρισαν τα Χανιά ως έδρα του Ρέκτορα της περιοχής και έχτισαν πάλι την πόλη ακολουθώντας ενετικά πρότυπα αρχιτεκτονικής. Κύριο μέλημα τους ήταν να επισκευάσουν τα τείχη του Καστελίου και να ανοικοδομήσουν την πόλη που σταδιακά αναπτύχθηκε μέσα στα τείχη. Η πόλη αποκτά το παλάτι του Ρέκτορα, το καθεδρικό ναό της Παναγίας, καθώς και όμορφα κτίρια και οικίες, με αυλές, με εξωτερικές σκάλες και πηγάδια, μέσα σε στενά που σκεπάζονταν με τόξα. Διανοίγεται ο κεντρικός δρόμος, il Corso (σημερινή οδός Κανεβάρο), και μικρότεροι κάθετοι δρόμοι, που συνδέουν την πόλη μέσω των τεσσάρων πυλών με το λιμάνι και τους κύριους επαρχιακούς δρόμους. Γύρω από το Corso ανεγείρονται δημόσια κτίρια, ενώ οικοδομούνται μέγαρα ευγενών και κατοικίες πάνω σε ερείπια κτισμάτων των προηγούμενων περιόδων.
Επίσης, στις αρχές του 14ου αιώνα χτίζονται έξω από τα τείχη οι μονές του Αγίου Φραγκίσκου των Φραγκισκανών και του Αγίου Νικολάου των Δομινικανών από καθολικούς μοναχούς. Η ζωή λοιπόν άρχισε να ξεπερνάει τα ασφυκτικά πλαίσια της μικρής περιτειχισμένης πόλης, μέχρι τη στιγμή που ο φόβος για μια επικείμενη τουρκική επίθεση αναγκάζει τους Βενετούς να κατασκευάσουν μια νέα μεγαλύτερη οχύρωση. Τα νέα έργα αρχίζουν στα μέσα του 16ου αιώνα σε σχέδια του Bερονέζου μηχανικού Michele Sanmichielli και περιλαμβάνουν τα ενετικά τείχη, την τάφρο, τους προμαχώνες (του Αγίου Νικολάου του Μώλου, του San Salvatore, του Αγίου Δημητρίου, της Sabbionara, της Piatta Forma και της Santa Lucia) το φρούριο του Φιρκά, το λιμενοβραχίονα καθώς και άλλα έργα και κτίρια που κατασκευάζονται αυτή την περίοδο.
Η πόλη αυξήθηκε σε μέγεθος και απέκτησε καλύτερο ρυμοτομικό σχέδιο. Χτίζονται νέοι ναοί, όπως ο Άγιος Ρόκκος, ανεγείρονται δημόσια και ιδιωτικά κτίρια, επεκτείνεται το υδραγωγείο και κατασκευάζονται νέες δεξαμενές. Το 1551 μάλιστα, ο βενετός διοικητής Loredan μετέφερε το νερό στην πόλη, στη μοναδική κρήνη που υπήρχε στην πλατεία Συντριβανίου. Τότε κτίζονται τα ενετικά νεώρια, ενώ η οχύρωση ενισχύεται με φρούρια στα νησάκια Θεοδωρού, Σούδα και Γραμβούσα. Το λιμάνι των Χανίων αποκτά την όψη που φέρει μέχρι σήμερα και μεταξύ του 1595-1601 αποκτά το φάρο.
Το αστικό κέντρο των Χανίων διαμορφώθηκε με τα μεγάλα έργα του 16ου αιώνα. Το 1583 η πόλη είχε πληθυσμό 8.200 κατοίκους, καθολικούς και ορθοδόξους. Παρά τις προσπάθειες προσηλυτισμού που καταβάλλονταν, ακόμα και οι πλούσιοι φεουδάρχες, απόγονοι των δώδεκα Αρχοντόπουλων, δεν πρόδωσαν την ορθόδοξή τους πίστη. Μάλιστα οι σχέσεις των δύο λαών δοκιμάστηκαν μέσα από 27 επαναστάσεις στη διάρκεια της Ενετοκρατίας. Απεναντίας, κατά τα τέλη του 16ου αιώνα, θέλοντας οι Βενετοί να εξασφαλίσουν την υποστήριξη των ορθοδόξων σε μια ενδεχόμενη επίθεση των Οθωμανών παραχωρούν στους ορθοδόξους περισσότερα προνόμια, όπως την άδεια να κτίσουν μεγαλοπρεπή μοναστήρια. Η Ιερά Μονή της Αγίας Τριάδας των Τζαγκαρόλων, το Γουβερνέτο και η Χρυσοπηγή θεμελιώνονται αυτή την περίοδο και πολύ γρήγορα αποκτούν μεγάλη οικονομική και κοινωνική δύναμη.
Στο πνεύμα της προσέγγισης που άρχισε να αναπτύσσεται την περίοδο αυτή εντάσσεται και η επαφή των Κρητικών με την καλλιτεχνική και πνευματική κίνηση που επικρατούσε στην αναγεννησιακή Ευρώπη. Σημαντικοί Χανιώτες επηρεάστηκαν από τις δυτικές επιδράσεις, όπως οι αγιογράφοι μοναχοί Αμβρόσιος, Νείλος και ο Φιλόθεος Σκούφος, ηγούμενος της μονής Χρυσοπηγής. Οι επιρροές αφορούσαν και άλλους τομείς, όπως τη λογοτεχνία και την αρχιτεκτονική και προσδιόρισαν την πνευματική πορεία του νησιού σε τέτοιο βαθμό, ώστε σήμερα να μιλάμε για τη λεγόμενη «Κρητική Αναγέννηση».