Địa bàn xã Sen Phương hiện nay trước đây vốn là hai xã Phương Độ và Sen Chiểu thuộc huyện Phúc Thọ.

Trước khi sáp nhập, xã Sen Chiểu có diện tích 5,55 km², dân số là 10.042 người, mật độ dân số đạt 1.809 người/km². Xã Phương Độ có diện tích 2,34 km², dân số là 1.710 người, mật độ dân số đạt 731 người/km².

Ngày 11 tháng 2 năm 2020, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 895/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc thành phố Hà Nội (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 3 năm 2020)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của hai xã Phương Độ và Sen Chiểu thành xã Sen Phương.