Tên cũ xưa kia là Phúc Lộc. Tên huyện Phúc Thọ có từ năm 1822, thuộc trấn Sơn Tây.

Sau năm 1945, Phúc Thọ thuộc tỉnh Sơn Tây.

Ngày 21 tháng 4 năm 1965, khi Sơn Tây sáp nhập với Hà Đông thành Hà Tây, Phúc Thọ thuộc tỉnh Hà Tây[1].

Ngày 27 tháng 12 năm 1975, Phúc Thọ thuộc tỉnh Hà Sơn Bình[2], gồm 17 xã: Cẩm Đình, Hát Môn, Long Xuyên, Ngọc Tảo, Phúc Hòa, Phụng Thượng, Phương Độ, Sen Chiểu, Tam Thuấn, Thanh Đa, Thọ Lộc, Thượng Cốc, Vân Hà, Vân Nam, Vân Phúc, Võng Xuyên, Xuân Phú.

Ngày 29 tháng 12 năm 1978, Phúc Thọ được nhập về Hà Nội[3].

Ngày 17 tháng 2 năm 1979, sáp nhập thêm 3 xã của huyện Quốc Oai là Tam Hiệp, Hiệp Thuận, Liên Hiệp[4].

Ngày 2 tháng 6 năm 1982, chuyển 2 xã Tích Giang, Trạch Mỹ Lộc của huyện Ba Vì về huyện Phúc Thọ quản lý[5].

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, tỉnh Hà Tây được tái lập, huyện Phúc Thọ chuyển về trực thuộc tỉnh Hà Tây[6].

Ngày 29 tháng 8 năm 1994, thành lập thị trấn Phúc Thọ trên cơ sở điều chỉnh một phần diện tích tự nhiên và nhân khẩu của hai xã Phúc Hòa và Thọ Lộc.

Ngày 29 tháng 5 năm 2008, tỉnh Hà Tây sáp nhập vào thành phố Hà Nội, huyện Phúc Thọ lại trực thuộc thành phố Hà Nội cho đến nay.[7]

Ngày 11 tháng 2 năm 2020, sáp nhập xã Sen Chiểu và xã Phương Độ thành xã Sen Phương; sáp nhập xã Xuân Phú và xã Cẩm Đình thành xã Xuân Đình.[8]

Huyện Phúc Thọ 1 thị trấn và 20 xã như hiện nay.

Huyện Phúc Thọ có tổng Lạc Trị (tên dưới thời Pháp thuộc) là quê hương cách mạng, có nhiều người theo Việt Minh chống Nhật và Pháp, có nhiều cán bộ cách mạng thời kỳ 1940-1954, làng Kiều Trung là địa phương kiên cường chống Nhật, hiện tại bảo tàng lịch sử Hà Nội có trưng bày kỷ vật là chiếc mõ tre kháng Nhật (1945). (Bảo tàng ghi nhầm là thôn Kiến Trung).

Vào thời Pháp thuộc, người Pháp muốn cải tạo hệ phân lũ sông Hồng, họ đã xây dựng công trình đập Đáy, nhằm mục tăng lưu lượng dòng chảy của sông Hồng về mùa cạn và phân lũ vào bồn trũng hạ lưu sông Đáy (các tỉnh Sơn Tây, Hà Đông, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình) mỗi khi có lũ lụt lớn vào mùa mưa. Nhưng công trình này hiếm khi phát huy tác dụng vào mùa lũ, làm cho đoạn sông Đáy phía hạ lưu đập trở nên gần như là đoạn sông chết.