Trước đây Thạch Thất là huyện thuộc phủ Quốc Oai, tỉnh Sơn Tây. Tên gọi của Thạch Thất có nghĩa là nhà đá.

Từ ngày 21 tháng 4 năm 1965 thuộc tỉnh Hà Tây. Cùng thời điểm này, sáp nhập xã An Hòa vào xã Tiến Xuân thuộc huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình.[1].

Ngày 27 tháng 12 năm 1975 thuộc tỉnh Hà Sơn Bình[2], gồm 19 xã: Bình Phú, Bình Yên, Cẩm Yên, Cần Kiệm, Canh Nậu, Chàng Sơn, Đại Đồng, Dị Nậu, Đồng Trúc, Hạ Bằng, Hương Ngải, Hữu Bằng, Kim Quan, Lại Thượng, Liên Quan, Phú Kim, Phùng Xá, Tân Xã, Thạch Xá.

Từ năm 1978 đến năm 1991, nhập vào thủ đô Hà Nội[3].

Từ ngày 12 tháng 8 năm 1991 lại trở về với tỉnh Hà Tây[4].

Ngày 23 tháng 6 năm 1994, chuyển xã Liên Quan thành thị trấn Liên Quan[5].

Ngày 28 tháng 8 năm 1994, thành lập xã Thạch Hòa trên cơ sở một phần diện tích và nhân khẩu của các xã Bình Yên, Tân Xã, Hạ Bằng và Đồng Trúc. Từ đó, huyện Thạch Thất có thị trấn Liên Quan và 19 xã: Bình Phú, Bình Yên, Cẩm Yên, Cần Kiệm, Canh Nậu, Chàng Sơn, Đại Đồng, Dị Nậu, Đồng Trúc, Hạ Bằng, Hương Ngải, Hữu Bằng, Kim Quan, Lại Thượng, Phú Kim, Phùng Xá, Tân Xã, Thạch Hòa, Thạch Xá.

Từ ngày 29 tháng 5 năm 2008, khi tỉnh Hà Tây bị giải thể, Thạch Thất là một huyện của Hà Nội[6]. Cùng ngày, HĐND thành phố Hà Nội mới (mở rộng) quyết định chuyển cho huyện Thạch Thất quản lý 3 xã mới nhập từ huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình, là các xã: Tiến Xuân, Yên Bình, Yên Trung.

Ngày 8 tháng 5 năm 2009, toàn bộ diện tích tự nhiên và dân số của 3 xã Tiến Xuân, Yên Bình, Yên Trung thuộc huyện Lương Sơn của tỉnh Hòa Bình được sáp nhập vào huyện Thạch Thất[7]. Như vậy, huyện Thạch Thất có 1 thị trấn và 22 xã, giữ ổn định cho đến nay.