按照不同的历史时期，将珠三角城市群空间结构的演变划分为四大阶段：建国前由单中心向双中心转化阶段；建国后到改革开放前衰退阶段；改革开放后至20世纪末由双中心向网络化转化阶段；21世纪发展的新趋势——城市主导区域形成阶段。
（一）建国前珠三角城市群空间结构
在这一历史阶段，珠三角城市群空间结构演变属于港口驱动阶段。随着港口地位和功能的变化，珠三角城市群呈现出不同的空间形态。
元代以前的单个城市中心阶段。这一时期，以广州为单中心的一极化特征明显，而港口交通的便利条件是珠三角单中心格局形成的主要推动力。明初至新中国成立的区域双中心阶段。16世纪后，澳门被葡萄牙人占领后作为一个国际贸易港而崛起，改变了过去广州在珠三角单中心发展模式，而代之以广州、澳门双中心发展模式，在空间布局上呈“T”字型结构。鸦片战争后，由于香港的崛起和澳门的衰落使原来的双中心格局发生了变化，由以穗—澳为中心转化为以穗—港为中心。这一时期，广州的城市功能发生了重大变化，逐渐向现代工商业、贸易金融中心和交通枢纽的方向转变，成为多功能综合性的经济中心。
（二）建国后到改革开放前珠三角城市群空间结构
在这一历史时期，珠三角城市群空间结构演变属于政治压制阶段。建国以来由于政治等方面原因，内地与港澳间的交往被人为限制以至几乎隔绝。国家开始大规模工业化建设，但处于国防前线的沿海城镇发展缓慢。建国近30年间，珠三角城镇化水平由1949年的15.72%微升到1977年的16.26%，基本处于停滞状态；港澳与珠三角之间的经济联系也出现明显的边界分割；珠三角内部的城镇空间格局仍以广州为中心，但功能衰退，关系松弛。
（三）改革开放后到20世纪末珠三角城市群空间结构
在这一阶段，珠三角城市群空间结构演变属于外资导向型的工业化模式和城市化模式为驱动阶段。改革开放后，深圳的崛起，使之成为与广州并肩的中心城市，以广州和深圳为双中心的城市群体成为珠三角城市群结构特征。2000来，珠海、佛山、中山、东莞等相继进入大城市之列，城市群体功能呈多样化，交流更加密切，发展为城乡一体、类型完备的多层次城镇体系，双核模式逐渐向网络化、多中心模式演化。2010年已经形成东中西三大城市群体。东翼地区包括深圳、东莞和惠州三个城市，中部以广州为中心，包括佛山市(顺德、南海)，西翼地区指珠江口以西、银湖以东地区，包括珠海、中山、江门。这三大城市群在空间布局上呈“人”字型结构。香港和澳门的回归，珠三角城市群将以新的组团方式出现，形成大珠三角城市群。
（四）21世纪珠三角城市群空间结构
进入新世纪，促进珠三角经济发展和城市化的动力机制发生了巨大的变化，原来的外资导向型的工业化模式和城市化模式也因此出现了新的趋向，新的动力主要来自于城市经济的发展、国际国内联系的加强以及民间资本的壮大。如今，形成了以广州为中心的内部交通网络和以香港为中心的外部交通网络，为珠三角迅速融入全球发展奠定了基础。在新一轮政府主导的大型基础设施投资的推动下，珠三角将逐步成为城市主导区域并在全球经济活动中扮演重要角色。
综观珠三角城市群空间结构的演变，按照各个不同的历史阶段，其大致经历了单中心—双中心—多中心网络化三个阶段。2008年后，正在向城市主导区域阶段演化，城市主导区域是超越了多中心网络化阶段的更高级阶段，它强调各个城市的协调有序发展，以及在全球经济活动中的重要地位和作用。
