Địa bàn quận Đống Đa hiện nay nằm trên nền đất xưa vốn thuộc các tổng Hữu Nghiêm (sau đổi là Yên Hòa), Tiền Nghiêm (sau đổi là Vĩnh Xương), Tả Nghiêm (sau đổi là Kim Liên) huyện Thọ Xương và tổng Yên Thành, huyện Vĩnh Thuận.

Sau năm 1954, khu vực này gọi là khu phố Đống Đa.

Tháng 6 năm 1981, khu phố Đống Đa chuyển thành quận Đống Đa, gồm 24 phường: Cát Linh, Hàng Bột, Khâm Thiên, Khương Thượng, Kim Liên, Láng Hạ, Láng Thượng, Nam Đồng, Nguyễn Trãi, Ô Chợ Dừa, Phương Liên, Phương Liệt, Phương Mai, Quang Trung, Quốc Tử Giám, Thanh Xuân, Thịnh Quang, Thổ Quan, Thượng Đình, Trung Liệt, Trung Phụng, Trung Tự, Văn Chương, Văn Miếu.

Ngày 13 tháng 10 năm 1982, thành lập thêm 2 phường Kim Giang (tách ra từ xã Đại Kim thuộc huyện Thanh Trì) và Thanh Xuân Bắc (trên cơ sở điều chỉnh một phần diện tích tự nhiên và nhân khẩu của các xã Nhân Chính và Trung Văn thuộc huyện Từ Liêm; điều chỉnh một phần diện tích tự nhiên và nhân khẩu của xã Tân Triều thuộc huyện Thanh Trì).[1]

Đến đầu năm 1996, quận Đống Đa có 26 phường: Cát Linh, Hàng Bột, Khâm Thiên, Khương Thượng, Kim Giang, Kim Liên, Láng Hạ, Láng Thượng, Nam Đồng, Nguyễn Trãi, Ô Chợ Dừa, Phương Liên, Phương Liệt, Phương Mai, Quang Trung, Quốc Tử Giám, Thanh Xuân, Thanh Xuân Bắc, Thịnh Quang, Thổ Quan, Thượng Đình, Trung Liệt, Trung Phụng, Trung Tự, Văn Chương, Văn Miếu.

Ngày 22 tháng 11 năm 1996, 5 phường: Thanh Xuân Bắc, Thanh Xuân, Thượng Đình, Kim Giang, Phương Liệt và một phần của 2 phường: Nguyễn Trãi, Khương Thượng chuyển sang trực thuộc quận Thanh Xuân, đổi tên phần còn lại của phường Nguyễn Trãi thành phường Ngã Tư Sở.[2]

Quận Đống Đa có 21 phường như hiện nay.