周属燕国。
秦、汉西部属上谷郡，东部属蓟县。
唐天宝元年（742），析蓟县置广平县。
唐建中二年（781），析蓟县西部置幽都县。
五代广平县更名玉河县。
辽开泰元年(1012)，幽都县更名宛平县。
金贞元元年（1012），玉河县并入宛平县。
元大部属大都路宛平县，斋堂镇沿河城一带初属矾山县，后属怀来县。
明洪武元年（1368），大都路改为北平府。
永乐元年（1403），北平府更名顺天府。
1914年10月，顺天府改置京兆地方。
1928年，撤京兆地方，改隶河北省，宛平县划归河北省，部分区域划归北平市。
1949年1月14日至1949年7月31日，宛平县属察哈尔省平西专区。
1949年1月15日至1952年6月，东部先后为第二十八、第二十、第十六区，西部属河北省宛平县。
1952年6月，第十六区更名门头沟区；9月，宛平县划归北京市，门头沟区与宛平县及同时划归北京市的房山县第一区7个村、第四区22个村、第五区46个村以及良乡县3个村共78个村合并为京西矿区。
1958年5月，京西矿区更名门头沟区，沿用至今。