Ngược dòng lịch sử, đất Yên Lãng thời Hùng Vương thuộc huyện Phong Châu; thời Hán (206 TCN – 253 SCN) thuộc huyện Chu Diên; thời Ngô (năm 220 – 280) thuộc quận Tân Hưng; thời Tấn (337 – 420) quận Tân Hưng đổi là quận Tân Xương; thời Tùy (581 – 618) thuộc Châu Phong và quận Giao Chỉ; thời Đường (618 – 907) thuộc Phong Châu đô đốc phủ đạo Lĩnh Nam. Dưới các Vương triều phong kiến Việt Nam, huyện Mê Linh thuộc lộ Tam Giang, phủ Tam Đới, thời Lê thuộc trấn Sơn Tây. Từ năm 1831, sau một cuộc cải cách hành chính thì huyện Mê Linh là huyện Yên Lãng, phủ Tam Đới, tỉnh Sơn Tây.

Năm 1901, huyện Yên Lãng thuộc tỉnh Phù Lỗ, năm 1904 thuộc tỉnh Phúc Yên. Đầu thế kỷ XX, Yên Lãng là phủ có 9 tổng 55 làng. Từ năm 1950, khi 2 tỉnh Vĩnh Yên và Phúc Yên hợp nhất thành tỉnh Vĩnh Phúc, huyện Yên Lãng thuộc tỉnh Vĩnh Phúc. Từ năm 1954 – 1960, Phúc Yên lúc đó thuộc xã Phúc Thắng, nay tách ra khỏi huyện Kim Anh để thành lập thị xã tương đương cấp huyện là tỉnh lị của tỉnh Vĩnh Phúc. Từ năm 1960, tỉnh lỵ Vĩnh Phúc chuyển về thị xã Vĩnh Yên. Năm 1961, xã Kim Chung được chuyển về huyện Đông Anh của Hà Nội theo Nghị quyết của Quốc hội khóa II nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa. Phúc Yên vẫn là thị xã, cho đến tháng 10-1976 trở thành thị trấn thuộc huyện Yên Lãng theo Quyết định số 97 ngày 26/6/1976 của Hội đồng Chính phủ.

Từ ngày 5 tháng 7 năm 1977, huyện Yên Lãng hợp nhất với huyện Bình Xuyên thành huyện Mê Linh.

Sau nhiều lần điều chỉnh địa giới hành chính, huyện Yên Lãng cũ gần tương ứng với huyện Mê Linh, thành phố Hà Nội ngày nay.