戰國時燕昭王二十九年（前283）起始歸屬漁陽郡。
漢高祖十二年（前195）始設平谷縣，仍屬漁陽郡。
西漢末期，在今平谷西北置滑鹽縣。
新朝王莽改滑鹽為匡德。
東漢復名滑鹽縣，撤滑鹽入平谷。
東漢末期建安十八年（213）改漁陽屬廣陽郡。
三國魏黃初四年（223）為燕郡轄縣，太和六年（232）為燕國屬縣。
西晉初撤平谷縣，后復置為燕國地。
后趙平谷縣改屬漁陽郡。
北魏太平真君七年（446）撤平谷入潞縣。
后于今平谷地區北部置要陽縣（治所在今本區鎮羅營鎮上鎮附近），屬安州密云郡。
東魏撤要陽縣。
隋改屬漁陽郡無終縣（郡縣治所同在天津市薊縣）。
唐武德元年（618）屬檀州（今密云境內），設大王鎮（今平谷縣城）。
五代燕應天元年（911）改屬薊州漁陽縣（今天津市薊縣）。
金大定二十七年（1187）升大王鎮為薊州平峪縣。
元至元二年（1265）將平峪縣并入漁陽縣。
至元十三年（1276）復置，改稱平谷縣，仍屬薊州。
明洪武九年（1376）平谷縣屬北平府薊州，十年（1377）將平谷并入三河縣，十三年（1380）復置平谷縣。
永樂元年（1403）改屬順天府薊州。
清康熙二十七年（1688）屬京師順天府北路廳。
雍正四年（1726）改屬霸昌道。
乾隆八年（1743）改屬直隸順天府。
民國元年（1912）沿襲清制。
1928年改屬國民政府河北省。
民國二十四年（1935）屬河北省冀東道。
1941年改屬河北省燕京道。
1946年獨立建制。
1949年8月屬河北省通縣專區。
1958年3月改屬唐山專區。
1958年10月20日，將河北省平谷縣劃歸北京市。
2002年，平谷縣改區。