Huyện được đặt từ thời Trần, đến thời Minh chiếm đóng thì huyện tên là Đan Sơn thuộc châu Từ Liêm, phủ Giao Châu. Sang thời Hậu Lê huyện lệ về phủ Quốc Oai, trấn Sơn Tây. Năm 1831, vua Minh Mạng điều chỉnh địa giới hành chính và thành lập các tỉnh mới. Huyện đựợc tách ra thành huyện riêng vào năm 1832 vẫn thuộc phủ Quốc Oai. Năm 1888, sau khi vua Đồng Khánh cắt Hà Nội cho Pháp. Huyện Đan Phựợng được nhập về phủ Hoài Đức, tỉnh Hà Đông.

Sau cách mạng tháng Tám (1945), cấp phủ bị bãi bỏ, nên từ tháng 8 năm 1945 đến tháng 3 năm 1947 sáp nhập một số xã, tổng thuộc huyện Từ Liêm thành huyện Đan Phượng thuộc tỉnh Hà Đông.

Từ tháng 3 năm 1947, 4 huyện Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Trì, Thanh Oai và thị xã Hà Đông được cắt chuyển về thành phố Hà Nội theo quyết định của Khu II (Khi sự kiện 19 tháng 12 năm 1946 nổ ra, Mặt trận Hà Nội được sáp nhập vào Khu II. Từ ngày 1 tháng 11 năm 1948, Khu 2 đặt quyền trực thuộc của Liên khu 3, nhưng đến tháng 5 năm 1949 thì khu Hà Nội lại được tách ra để thành lập Mặt trận Hà Nội độc lập, trực thuộc Bộ Tổng tư lệnh. Tình trạng này được duy trì cho đến sau năm 1954, khi đấy gọi là Khu Hà Nội).

Từ ngày 12 tháng 3 năm 1947 đến tháng 5 năm 1948, huyện Đan Phượng được gộp vào liên quận huyện IV - Hoài Đức và Đan Phượng (theo công văn số: 038/KCT, ngày 13 tháng 3 năm 1947), UBK- Khu XI của Bộ chỉ huy Chiến khu XI). Tháng 5 năm 1947, Trung ương quyết định tách ba tỉnh Hà Nội, Hà Đông, Sơn Tây ra khỏi Khu II, thành lập Khu XI.

Tháng 5 năm 1948 đến tháng 10 năm 1948, Khu XI được Trung ương quyết định giải thể Khu XI và thành lập tỉnh Lưỡng Hà (Hà Đông - Hà Nội) thuộc Liên khu III. Lúc này, liên quận huyện IV - Hoài Đức và Đan Phượng được tách ra thành huyện Liên Bắc. Đan Phượng thuộc huyện Liên Bắc - tỉnh Lưỡng Hà.

Từ tháng 10 năm 1948 đến tháng 3 năm 1954:

• Khu uỷ III tách Lưỡng Hà thành 2 tỉnh: Hà Đông, Hà Nội, và do vậy, lúc này, Đan Phượng thuộc huyện Liên Bắc tỉnh Hà Đông.
• Tháng 12 năm 1952, phần lớn địa bàn Đan Phượng thuộc bắc Liên Bắc do Ban cán sự bắc Liên Bắc nắm, ranh giới là đường quốc lộ 11A (32) để việc chỉ đạo phong trào kháng chiến được sâu sát, kịp thời hơn.

Tháng 4 năm 1954, huyện Đan Phượng được tái lập và thuộc tỉnh Sơn Tây quản lý theo quyết định của Liên khu uỷ III.

Tháng 8 năm 1954, huyện Đan Phượng được Liên khu uỷ III cắt chuyển trả lại cho tỉnh Hà Đông.

Ngày 20 tháng 4 năm 1961, 5 xã thuộc huyện Đan Phượng là Tân Dân (Thượng Cát), Tân Tiến (Liên Mạc), Trần Phú (Phú Diễn), Trung Kiên (Tây Tựu) và Minh Khai được cắt chuyển về huyện Từ Liêm (Hà Nội) theo quyết định của Quốc hội tại kì họp thứ 2 (Khóa II) (nay là địa bàn các phường Thượng Cát, Liên Mạc, Phú Diễn, Phúc Diễn, Tây Tựu, Minh Khai thuộc quận Bắc Từ Liêm).[1]

Ngày 21 tháng 4 năm 1965, huyện Đan Phượng thuộc quyền quản lý của tỉnh mới Liên Trung.[2]

Ngày 27 tháng 12 năm 1975, huyện Đan Phượng là một trong 24 đơn vị hành chính của tỉnh Hà Sơn Bình, gồm 15 xã: Đan Phượng, Đồng Tháp, Hạ Mỗ, Hồng Hà, Liên Hà, Liên Hồng, Liên Trung, Phương Đình, Song Phượng, Tân Hội, Tân Lập, Thọ An, Thọ Xuân, Thượng Mỗ, Trung Châu.[3]

Từ ngày 29 tháng 12 năm 1978 đến ngày 12 tháng 8 năm 1991, huyện Đan Phượng được cắt chuyển về thành phố Hà Nội theo quyết định của Quốc hội tại kì họp thứ 4 (khoá VI) vào cuối tháng 12 năm 1978.[4]

Từ ngày 12 tháng 8 năm 1991 đến ngày 29 tháng 5 năm 2008, huyện Đan Phượng là một trong 14 đơn vị hành chính của tỉnh Hà Tây theo quyết định của Quốc hội tại kì họp thứ 9 (khoá VIII) vào ngày 12 tháng 8 năm 1991.[5]

Ngày 29 tháng 8 năm 1994, thành lập thị trấn Phùng trên cơ sở một phần diện tích và dân số của các xã Đan Phượng, Đồng Tháp và Song Phượng.

Ngày 29 tháng 5 năm 2008, giải thể tỉnh Hà Tây cũ, huyện Đan Phượng thuộc thành phố Hà Nội theo Nghị quyết 15-NQ/QH.[6]