Đài được thành lập ngày 14 tháng 10 năm 1954, sau ngày Hà Nội được chính quyền Việt Nam Dân chủ Cộng hòa tiếp quản, khi đó chỉ có chức năng phát thanh. Ban đầu đài mang tên là Đài Truyền thanh Hà Nội.

Tháng 10/1977, Đài Hà Nội bắt đầu phát thanh trên sóng AM 570 KHz qua Đài Phát sóng quốc gia Mễ Trì, phủ sóng các tỉnh phía Bắc và một phần miền Bắc Trung Bộ.[1]

Ngày 01/01/1979, Đài phát chương trình truyền hình đầu tiên trên sóng của Đài Truyền hình Trung ương (nay là Đài Truyền hình Việt Nam).[1]

Ngày 25/08/1989, UBND Thành phố ra quyết định đổi tên Đài Phát thanh Hà Nội thành Đài Phát thanh – Truyền hình Hà Nội, chính thức ghi nhận Đài là tờ báo nói và báo hình của thành phố.[1]

Từ tháng 4 năm 2002, mạng Truyền hình Cáp Hà Nội HCaTV (nay là Hanoicab) đã chính thức đi vào hoạt động. Đến tháng 5 năm 2013, truyền hình cáp Hà Nội có 72 kênh chương trình Analog, 60 kênh chương trình SD và 22 kênh chương trình chuẩn HD. Tính đến năm 2012, Truyền hình cáp Hà Nội đã có trên 150.000 thuê bao.

Tạp chí Truyền hình Hà Nội chính thức phát hành từ năm 2006 với các chuyên đề, chuyên mục của tạp chí tập trung giới thiệu về ngàn năm Thăng Long - Hà Nội[2].

• Ngày 29 tháng 05 năm 2008, với gần 93% đại biểu tán thành, Quốc hội Việt Nam đã thông qua nghị quyết điều chỉnh địa giới hành chính Thủ đô Hà Nội và các tỉnh, có hiệu lực từ ngày 1 tháng 8 năm 2008. Theo nghị quyết, trước khi giải tán, Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Tây được chuyển về Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Nội. Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Nội (cũ) và Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Tây hợp nhất thành Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Nội (mới).
• Từ ngày 01 tháng 08 năm 2008, Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Nội phát sóng kênh H1 (kênh gốc của Đài PT-TH Hà Nội) và H2 (kênh của Đài PT-TH Hà Tây cũ).
• Ngày 11 tháng 08 năm 2012, Đài phối hợp với Công ty Đông Tây Promotion tổ chức các chương trình gameshow cuối tuần.
• Ngày 10 tháng 11 năm 2013, Đài đưa vào sử dụng Trung tâm kĩ thuật Truyền dẫn phát sóng tại thôn Phú Đô, xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm (nay là phường Phú Đô, quận Nam Từ Liêm) với tháp phát sóng cao 250 m, phủ sóng toàn vùng Trung du và đồng bằng Bắc Bộ.
• Ngày 15 tháng 06 năm 2016, Đài chính thức ngừng phát sóng kênh H2 trên hệ thống tương tự mặt đất.
• Ngày 21 tháng 06 năm 2016, Đài phát sóng kênh H1 theo chuẩn HD.
• Tháng 7 năm 2016, Tạp chí Truyền hình Hà Nội chính thức dừng phát hành.
• Ngày 15 tháng 08 năm 2016, Đài ngừng phát sóng kênh H1 trên hệ thống tương tự mặt đất để chuyển sang phát sóng kĩ thuật số công nghệ DVB-T2 theo lộ trình Số hóa truyền hình của chính phủ.
• Ngày 02 tháng 09 năm 2016, Đài phát sóng kênh H2 theo chuẩn HD.
• Ngày 14 tháng 10 năm 2016, nhân dịp kỷ niệm 62 năm ngày thành lập Đài Phát thanh - Truyền hình Hà Nội, Đài đã tăng thời lượng phát sóng kênh H1 lên 24/7.
• Ngày 01 tháng 01 năm 2017, Đài tăng thời lượng phát sóng kênh H2 lên 24/7.
• Từ tháng 5 năm 2018, Đài phát sóng thêm các gameshow và chương trình của Đông Tây Promotion vào các ngày trong tuần (từ thứ 2 đến thứ 6).
• Từ 01 tháng 01 năm 2020, Đài phát thêm khung phim truyện lúc 20:40 để phục vụ khán giả và khung này đang phát vào các ngày từ thứ 2 đến thứ 5 và dừng phát sóng các chương trình Đông Tây Promtion vào các ngày từ thứ 2 đến thứ 6 (chỉ phát 2 ngày cuối tuần).
• Đài dừng hẳn phát sóng các chương trình của Đông Tây Promotion vào thứ 7 và chủ nhật kể từ 25/01/2020 và 01/03/2020.