В Ипатьевской летописи 1174 года впервые упоминается укрепление на реке Лтаве, однако не указывается его точное местонахождение.

В 1240 году поселение было практически полностью разрушено во время монголо-татарского нашествия, и долгое время не встречались созвучные названия в письменных источниках. В середине XIV века Киевское княжество, в состав которого входила и Полтава, было присоединено князем Ольгердом к Великому княжеству Литовскому.

В 1430 году в грамоте великого князя литовского Витовта впервые упоминается Полтава, находившаяся в это время под его властью, которую он передал перешедшему на литовскую сторону ордынскому князю Александру Глинскому, который соорудил здесь крепость — деревянные укрепления и земляные валы вокруг Полтавы.

В 1482 году Полтава подверглась нападению крымского хана Менгли I Гирея. С 1503 года Полтава принадлежала князю Михаилу Глинскому. В 1508 году она была у него отобрана польским королём Сигизмундом I за участие в антипольском восстании. Однако позже всё же была возвращена семье Глинских. В 1537 году хозяином Полтавы становится зять Глинских — Байбуза.

В 1569 году по Люблинской унии Полтава из состава Великого княжества Литовского была передана в состав Королевства Польского. В 1576 году Стефан Баторий разделил всю Левобережную Украину по земству и по воинству на полки, а полки на сотни. Во второй половине XVI века на Полтавщине значилось около 300 селений, среди которых были города, слободы, села. На территории Полтавщины образовались большие владения литовцев и поляков, главным образом мазуров.