Huyện Đông Anh trước kia là một phần huyện Kim Hoa (gồm Mê Linh, Đông Anh, Sóc Sơn của Hà Nội, thị xã Phúc Yên của Vĩnh Phúc), thuộc phủ Bắc Hà và huyện Đông Ngàn, phủ Từ Sơn thuộc trấn Kinh Bắc. Từ năm 1831 đến năm 1901, đất huyện Kim Hoa (Kim Anh) thuộc tỉnh Bắc Ninh. Năm 1876-1903, huyện Kim Anh sáp nhập với huyện Đông Ngàn thuộc phủ Từ Sơn thành huyện Đông Khê, thuộc phủ Từ Sơn của tỉnh Bắc Ninh, rồi được nhập phần lớn vào tỉnh Phù Lỗ (được thành lập ngày 6 tháng 10 năm 1901).

- Trấn Kinh Bắc xưa gồm 4 phủ Bắc Hà, Từ Sơn, Lạng Giang, Thuận An.

+ Phủ Bắc Hà gồm 4 huyện: Tân Phúc (Sóc Sơn), Kim Hoa (nay gồm Mê Linh, Đông Anh, Sóc Sơn của Hà Nội, thị xã Phúc Yên của Vĩnh Phúc), Hiệp Hoà, Việt Yên (Bắc Giang).

Trong đó huyện Kim Hoa gồm:(năm Thiệu Trị thứ nhất (1841) bị đổi thành Kim Anh),gồm các tổng: tổng Phù Lỗ (gồm các xã Phù Lỗ, Phù Xá, Khê Nữ, Nhạn Tái, Bắc Giã, Xuân Nội, Tảo Mai, Thái Phù, Càn Khê, Kim Tiên, Xuân Kỳ, Liên Lý; nay thuộc phần đất các xã Nguyên Khê, Xuân Nội của huyện Đông Anh và thị trấn Phù Lỗ huyện Sóc Sơn), tổng Kim Hoa (gồm các xã Kim Hoa, Xuân Hoa, Thanh Tồi, Khả Do; nay thuộc phần đất các xã Kim Hoa, Thanh Lâm của huyện Mê Linh, xã Nam Viêm và phường Phúc Thắng của Phúc Yên), tổng Gia Thượng (gồm các xã Gia Thượng, Phù An, Chi Đông, Lâm Hộ, Giai Tạ; nay là phần đất thuộc các xã thị trấn: Thanh Lâm, Chi Đông, Quang Minh,... huyện Mê Linh), tổng Đông Đồ (gồm các xã Đông Đồ, Chu Lão, Sơn Du, Thụy Hà, Tằng My; nay là phần đất thuộc các xã Nam Hồng (Tằng My), Bắc Hồng (Thụy Hà,...), Nguyên Khê (Sơn Du) huyện Đông Anh Hà Nội), tổng Ninh Bắc (gồm các xã Ninh Bắc, Gia Hạ (Hương Gia), Nội Phật (Nội Bài), Đông Bài, Đống Mai (Mai Đình); nay là phần đất thuộc các xã Phú Cường (Hương Gia), Quang Tiến (Ninh Bắc, Nội Bài), Song Mai của huyện Sóc Sơn), tổng Cổ Bái (gồm các xã Cổ Bái, Thạch Lỗi, Thanh Nhàn, Hiền Lương, Phù Lai, Thắng Trí; nay là phần đất thuộc các xã Thanh Xuân (Thanh Nhàn, Thạch Lỗi), Hiền Ninh (Hiền Lương), Minh Trí (Thắng Trí),... huyện Sóc Sơn), tổng Quan Đình, tổng Tiên Dược, tổng Xuân Bảng. Nay là phần đất thuộc các huyện Mê Linh, Sóc Sơn của Hà Nội.

+ Phủ Từ Sơn gồm 5 huyện của Bắc Ninh: Đông Ngàn (thị xã Từ Sơn hiện nay), Yên Phong, Tiên Du, Quế Dương, Võ Giàng. (Quế Dương và Võ Giàng nay gộp thành Quế Võ).

Trong đó huyện Đông Ngàn gồm: Huyện Đông Ngàn, gồm các tổng: tổng Hội Phụ (gồm các xã Đông Ngàn, Hội Phụ, Ông Xá, Du Lâm, Tiên Hội, Hoa Lâm, Mai Hiên, Lộc Hà; nay là các xã Đông Hội (Đông Ngàn, Hội Phụ, Tiên Hội), Mai Lâm (Du Lâm, Hoa Lâm, Mai Hiên, Lộc Hà) của huyện Đông Anh Hà Nội), tổng Hà Lỗ, tổng Yên Thường (gồm các xã Yên Thường, Trịnh Xá, Quy Mông, Xung Quán, Châu Tháp (các thôn Đa Hội,  Song Tháp, Đa Vạn), Đình Vĩ, nay là phần đất thuộc xã Yên Thường huyện  Gia Lâm, các xã Châu Khê (Châu Tháp), Phù Khê huyện Từ Sơn Bắc Ninh), tổng Hạ Dương (gồm các xã Hạ Dương, Ninh Giang, Hiệp Phù, Công Đình, Ninh Xuyên, Phù Ninh; nay là phần đất xã Ninh Hiệp (Ninh Giang, Hiệp Phù), Dương Hà, Đình Xuyên (Công Đình, Ninh Xuyên),... huyện Gia Lâm), tổng Dục Tú, tổng Mẫn Xá, tổng Phù Lưu (gồm các xã Phù Lưu, Đại Đình, Đình Bảng, Dương Lôi, Trang Liệt, Bính Hạ, Thụ Chương; nay là phần đất thuộc các xã Đình Bảng,... huyện Từ Sơn Bắc Ninh), tổng Phù Chẩn (gồm các xã Phù Chẩn, Phù Cảo, Phù Lộc, Phù Luân; nay là phần đất thuộc các xã Phù Chẩn,... huyện Từ Sơn Bắc Ninh), tổng Nghĩa Lập, tổng Cổ Loa (gồm các xã Cổ Loa, Lương Quán, Đường An (Đường Yên), Lỗ Giao, Lương Quy, Dục Nội, Gia Lộc; nay là phần đất các xã Cổ Loa (Cổ Loa), Việt Hùng (Lỗ Giao, Dục Nội, Gia Lộc), Xuân Nộn (Đường Yên),... huyện Đông Anh), tổng Tam Sơn, tổng Xuân Canh (gồm các xã Xuân Canh, Lực Canh, Xuân Trạch, Vạn Lộc, Mạch Tràng, Uy Nỗ Thượng, Phúc Lộc, Kinh Nỗ; nay thuộc phần đất các xã Xuân Canh (Xuân Canh, Vạn Lộc, Lực Canh, Xuân Trạch), Uy Nỗ (Uy Nỗ Thượng, Phúc Lộc, Kinh Nỗ), Cổ Loa (Mạch Tràng) của huyện Đông Anh), tổng Tuân Lệ (gồm các xã Tuân Lệ, Uy Nỗ, Uy Nỗ Trung, Vân Trì, Viên Nội, Tiên Kha, Cổ Dương, Chiêm Trạch, Phương Trạch, Ngọc Giang; nay là các xã Uy Nỗ, Vân Nội (Vân Trì, Viên Nội), Tiên Dương (Tiên Kha, Cổ Dương, Tuân Lệ), Vĩnh Ngọc (Chiêm Trạch, Phương Trạch, Ngọc Giang),... của huyện Đông Anh),. Huyện Đông Ngàn xưa, ngày nay là phần đất thuộc các quận huyện Đông Anh, Gia Lâm, Long Biên của Hà Nội.

- Trấn Sơn Tây (xứ Đoài) gồm có 5 phủ: Quốc Oai, Quảng Oai, Tam Đới /Đái, Đoan Hùng, Lâm Thao. Trong đó phủ Tam Đái sau đổi thành Vĩnh Tường gồm có huyện Bạch Hạc, Yên lạc, Yên Lãng, lập Thạch, Phù Ninh.

+ trong đó huyện Yên Lãng, (nay thuộc huyện Bình Xuyên, Vĩnh Phúc, và các huyện Mê Linh, Đông Anh Hà Nội), gồm 9 tổng: tổng Yên Lãng (cấp làng xã gồm: Yên Lãng, Xuân Lãng, Tuyền Mỹ, Lý Nhân, Mộ Đạo, Can Bì, Hợp Lễ, Lý Hải, Thái Lai), tổng Kim Đà (cấp làng xã gồm: Kim Đà, Hoàng Xá, Văn Quán, Khê Ngoại, Đông Cao), tổng Hạ Lôi (cấp làng xã gồm: Hạ Lôi, Lục Trì, Đại Bối, Đường Lệ, Văn Lôi, Cư Triền, Nam Cường, Nội Động), tổng Hương Canh (cấp làng xã gồm: Hương Canh (nay là thị trấn Hương Canh huyện Bình Xuyên, Vĩnh Phúc), Ngọc Canh, Tiên Hàng, Quất Lưu (nay thuộc huyện Bình Xuyên Vĩnh Phúc), Vị Nội, Vị Trù, Nội Phật, Ngoại Trạch), tổng Bạch Trữ (cấp làng xã gồm: Bạch Trữ, Đạm Nội, Nhuế Khúc, Đạm Xuyên, Tháo Miếu, Thịnh Kỳ, Đông Lỗ, Kim Tuyến), tổng Thiên Lộc (Đa Lộc) (cấp làng xã gồm: Thiên Lộc (Đa Lộc), Thiên Dưỡng, Trung Hậu, Yên Nhân, Do Nhân, Trang Việt; nay là phần đất thuộc các xã Tráng Việt (Trang Việt), Tiên Phong huyện Mê Linh, xã Kim Chung (Đa Lộc, Thiên Dưỡng-Trung Hậu (Hậu Dưỡng)) huyện Đông Anh Hà Nội), tổng Quải Mai (sau đổi là Sáp Mai) (cấp làng xã gồm: Quải Mai, Mai Châu, Đại Độ (Đại đội), Đại Đồng, Mạch Lũng; nay thuộc các xã Đại Mạch (Đại Đồng, Mạch Lũng, Mai Châu), Võng La (Quải Mai (Sáp Mai), Đại Độ (Đại đội)) huyện Đông Anh Hà Nội), tổng Hải Bối (cấp làng xã gồm: Hải Bối, Cổ Điển, Uy Nỗ Hạ (Kim Nỗ), Đồng Nhân, Tàm Xá, Yên Hà, Thọ Đồi (Thọ Đa); nay là phần đất thuộc các xã Hải Bối (Hải Bối, Cổ Điển, Đồng Nhân, Yên Hà), Kim Nỗ (Kim Nỗ, Thọ Đa), Tầm Xá(Tàm Xá) của huyện Đông Anh Hà Nội), tổng Võng La (cấp làng xã gồm: Võng La, Canh Tác, Canh Vân, Công Ngư; nay thuộc xã Võng La huyện Đông Anh).

Ngày 10 tháng 4 năm 1903, huyện Đông Khê lại được chia tách thành 2 huyện là Kim Anh và Đông Khê đổi tên thành huyện Đông Anh.

Đến năm 1904, tỉnh Phù Lỗ đổi tên thành tỉnh Phúc Yên thì huyện Đông Anh thuộc tỉnh Phúc Yên. Thời kỳ 1913-1923 thuộc tỉnh Vĩnh Yên. Thời kỳ 1923-1950 thuộc tỉnh Phúc Yên. Thời kỳ 1950-1961 thuộc tỉnh Vĩnh Phúc.

Ngày 20 tháng 4 năm 1961, toàn bộ huyện Đông Anh (gồm 16 xã: Bắc Hồng, Phúc Thịnh, Tự Do, Tiến Bộ, Nam Hồng, Thành Công, Hùng Sơn, Toàn Thắng, Việt Hùng, Dân Chủ, Việt Thắng, Anh Dũng, Tân Tiến, Vạn Thắng, Liên Hiệp, Quyết Tâm) của tỉnh Vĩnh Phúc sáp nhập vào Hà Nội[1].

Ngày 31 tháng 5 năm 1961, thành lập huyện Đông Anh mới trên cơ sở tiếp nhận thêm 5 xã: Liên Hà, Vân Hà, Dục Tú, Đông Hội, Mai Lâm thuộc huyện Từ Sơn (Bắc Ninh); xã Kim Chung thuộc huyện Yên Lãng và xã Tầm Xá thuộc quận V cũ[2]. Lúc này, huyện Đông Anh có 23 xã: Anh Dũng (Hải Bối), Bắc Hồng, Dân Chủ (Đại Mạch), Đông Hội, Dục Tú, Hùng Sơn (Uy Nỗ), Kim Chung, Liên Hà, Liên Hiệp (Vân Nội), Mai Lâm, Nam Hồng, Phúc Thịnh (Nguyên Khê), Quyết Tâm (Cổ Loa), Tầm Xá, Tân Tiến (Vĩnh Ngọc), Thành Công (Kim Nỗ), Tiến Bộ (Thụy Lâm), Toàn Thắng (Tiên Dương), Tự Do (Xuân Nộn), Vạn Thắng (Xuân Canh), Vân Hà, Việt Hùng, Việt Thắng (Võng La).

Ngày 13 tháng 10 năm 1982, thành lập thị trấn Đông Anh. Thị trấn có diện tích 797,2 ha, gồm đất của 4 xã Tiên Dương, Uy Nỗ, Nguyên Khê, Xuân Nộn.[3] Từ đó, huyện Đông Anh có 1 thị trấn Đông Anh và 23 xã, giữ ổn định cho đến nay.