Đầu thế kỷ thứ XIX, Cổ Loa là một làng và cũng là một xã lớn thuộc tổng Cổ Loa, huyện Đông Ngàn, phủ Từ Sơn, trấn Kinh Bắc[4].

Năm 1876, tổng Cổ Loa được tách khỏi huyện Đông Ngàn, để lệ thuộc huyện Đông Anh mới được thành lập. Từ tháng 10 năm 1901, huyện Đông Anh được đưa về tỉnh Phù Lỗ mới thành lập (từ tháng 2 năm 1904, tỉnh Phù Lỗ đổi tên thành tỉnh Phúc Yên)[4].

Sau Cách mạng Tháng Tám (1945), làng Cổ Loa hợp nhất với các làng bên thành xã Thục Vương thuộc huyện Đông Anh, tỉnh Phúc Yên. Năm 1949, xã Thục Vương được hợp nhất với xã Đạt Tam thành xã Hồng Lạc, sau đó lại đổi thành xã Độc Lập. Từ năm 1950, xã thuộc tỉnh Vĩnh Phúc[4].

Sau Cải cách ruộng đất, xã Độc Lập được chia thành hai xã, trong đó có xã Quyết Tâm gồm các thôn: Cổ Loa, Cầu Cả, Mạch Tràng, Thư Cưu, Sàn Giã và Đài Bi[4].

Từ tháng 6 - 1961, xã Quyết Tâm cùng 22 xã khác của huyện Đông Anh, tỉnh Vĩnh Phúc được chuyển về Hà Nội. Năm 1965, xã Quyết Tâm được đổi tên thành Cổ Loa[4].

Năm 1970, thôn Đài Bi được cắt sang xã Uy Nỗ[4].