W XVIII w. Bytom był miastem etnicznie polskim. Niemiecki geograf F.A. Zimmermann pisał w 1783: „Wszyscy mieszkańcy Bytomia mówią po polsku, po niemiecku zaś tylko nieliczni z całego Górnego Śląska, w Bytomiu mówi się najlepiej po polsku”. Na początku lat trzydziestych XIX w. mieszkańcy Bytomia posługujący się językiem polskim stanowili ponad 70% ludności miasta. Wraz z rozwojem przemysłu do miasta napływali urzędnicy i wykwalifikowani robotnicy z głębi Niemiec oraz ludność żydowska kupcy i rzemieślnicy, której zezwolono na osiedlenie się w miastach pogranicza na Górnym Śląsku; tak przybywało ludności posługującej się językiem niemieckim. Po 1860 już tylko połowa bytomian używała języka polskiego jako języka ojczystego. W okolicznych wsiach, przekształconych w osady przemysłowe (Bobrek, Łagiewniki, Miechowice, Rozbark, Szombierki), Polacy stanowili natomiast do 1921 większość mieszkańców. Od poł. XIX w. Bytom stał się ośrodkiem polskiego ruchu narodowego. Wybuch rewolucji w 1848 i wybory do Zgromadzenia Narodowego wpłynęły na budzenie się świadomości narodowej. Agitacja wyborcza prowadzona była w języku polskim. Posłem do zgromadzenia berlińskiego wybrany został miejscowy proboszcz ks. Józef Szafranek, opowiadający się za programem demokratycznym. Drugim działaczem polskim był nauczyciel Emanuel Smółka, pracujący w Bytomiu od 1846. W 1848 przybył do miasta znany już propagator historii Śląska, nauczyciel z Lubszy, Józef Lompa, oraz przedsiębiorca z Mysłowic Aleksander Mierowski, następnie redaktor „Dziennika Górnośląskiego” (pierwszy numer ukazał się w lipcu 1848). W październiku utworzono Klub Narodowy, a w listopadzie Towarzystwo Pracujących dla Oświaty Ludu Górnośląskiego, których działalność obumarła wraz z upadkiem rewolucji w 1849. Dopiero w 1873 zaczęło się ukazywać w Bytomiu kolejne pismo polskie „Gazeta Górnośląska”, wydawane przez kolejnych 13 lat przez braci Przyniczyńskich – bardziej niezależne i świeckie niż „Katolik” wychodzący w Królewskiej Hucie (od 1876 w Bytomiu). Jednym z pierwszych polskich towarzystw było założone w 1871 przez ks. Norberta Bonczyka Towarzystwo św. Alojzego, podejmujące naukę śpiewu polskiego i pieśni polskich. W 1889 powstał w Bytomiu Związek Wzajemnej Pomocy Chrześcijańskich Robotników Górnośląskich – pierwszy polski związek robotniczy, a w rok później dwutygodnik związkowy „Praca”. W tymże roku powstało Towarzystwo Górnośląskich Przemysłowców, będące organizacją społeczną polskiego mieszczaństwa. W 1895 założono w Bytomiu pierwsze na Górnym Śląsku gniazdo Towarzystwa Gimnastycznego „Sokół” oraz polski Bank Ludowy.

W 1900 powstała kolejna polska organizacja – Polskie Towarzystwo Kobiet. Tuż przed I wojną światową Bytom stał się siedzibą wielu związków polskich Związku Śląskich Kół Śpiewaczych, założonego w 1910 przez drogistę Michała Wolskiego, Związku Towarzystw Kobiecych na Górnym Śląsku i Związku Spółek Śląskich (1914, do którego przystąpiły śląskie banki ludowe). Po zakończeniu wojny Bytom stał się widownią ożywionej walki politycznej prowadzonej przez partie polityczne, organizacje związkowe i narodowe. W styczniu 1918 powstała w Bytomiu Polska Organizacja Wojskowa oraz Podkomisariat Naczelnej Rady Ludowej zaboru pruskiego na czele z adwokatem Kazimierzem Czaplą. W kolejnych powstaniach śląskich wzięli liczny udział mieszkańcy miasta i podbytomskich osad. Od lutego 1920 w bytomskim hotelu „Lomnitz” rozpoczął działalność Polski Komisariat Plebiscytowy na czele z Wojciechem Korfantym, którego zadaniem było przygotowanie plebiscytu w marcu 1921. Po podziale Górnego Śląska Bytom ponownie stał się miastem pogranicza, pozostał po niemieckiej stronie. Wraz z rozwojem kolei żelaznej nastąpiła przebudowa układu komunikacyjnego miasta i dworca (1929) oraz szybka zabudowa wolnych jeszcze kwartałów. W 1939 zabudowa miasta tworzyła zwarty i jednolity kompleks urbanistyczny. W 2. poł. XIX w. oraz na przełomie XIX i XX w. powstała większość budynków użyteczności publicznej. W okresie międzywojennym powstało m.in. Muzeum Krajowe Oberschlesisches Landesmuseum (dziś Muzeum Górnośląskie).

W 1925 w Bytomiu (z przyłączonym Rozbarkiem) 25% mieszkańców podawało jako język ojczysty język polski oraz język polski i niemiecki. 18 II 1923 w Bytomiu, który obok Opola pozostał głównym ośrodkiem życia polskiego w niemieckiej części Górnego Śląska, odbył się zjazd organizacyjny śląskiej dzielnicy Związku Polaków w Niemczech. Prezesem wybrano redaktora bytomskiego „Katolika” Adama Napieralskiego. W 1924 obradował pierwszy walny zjazd górnośląskiego Związku Harcerstwa Polskiego. W 1930 reaktywowano Towarzystwo Polek. W 1932 za zgodą władz niemieckich Związek Polaków w Niemczech utworzył w d. gmachu redakcji wydawnictwa „Katolik” (przeniesionej do Opola) Gimnazjum Polskie (róg ul. Roosevelta i Strzelców Bytomskich, dziś szpital zakaźny). Polskie organizacje skupiały się w d. hotelu „Lomnitz” nazywanym „Domem Polskim” (dziś ul. Gliwicka 10, budynek zniszczony w 1945).

W okresie okupacji wielu bytomian – działaczy polskich organizacji – zostało aresztowanych, a część z nich straciła życie. 27 I 1945 do Bytomia weszły oddziały Armii Czerwonej.

Po 1945 miasto rozrosło się z 32,5 km2 w 1946 do 83 km2 w 1977. W skład Bytomia weszły: Bobrek, Karb, Łagiewniki, Miechowice, Radzionków, Sucha Góra, Stolarzowice.