周屬燕國。
秦、漢西部屬上谷郡，東部屬薊縣。
唐天寶元年（742），析薊縣置廣平縣。
唐建中二年（781），析薊縣西部置幽都縣。
五代廣平縣更名玉河縣。
遼開泰元年(1012)，幽都縣更名宛平縣。
金貞元元年（1012），玉河縣并入宛平縣。
元大部屬大都路宛平縣，齋堂鎮沿河城一帶初屬礬山縣，后屬懷來縣。
明洪武元年（1368），大都路改為北平府。
永樂元年（1403），北平府更名順天府。
1914年10月，順天府改置京兆地方。
1928年，撤京兆地方，改隸河北省，宛平縣劃歸河北省，部分區域劃歸北平市。
1949年1月14日至1949年7月31日，宛平縣屬察哈爾省平西專區。
1949年1月15日至1952年6月，東部先后為第二十八、第二十、第十六區，西部屬河北省宛平縣。
1952年6月，第十六區更名門頭溝區；9月，宛平縣劃歸北京市，門頭溝區與宛平縣及同時劃歸北京市的房山縣第一區7個村、第四區22個村、第五區46個村以及良鄉縣3個村共78個村合并為京西礦區。
1958年5月，京西礦區更名門頭溝區，沿用至今。