大兴区最早前身为古蓟县，以建于蓟城地区得名。蓟县当为先秦之县，为春秋战国时期燕国所建。秦始皇二十三年（公元前224），秦于蓟城地区置广阳郡，蓟县属之。自汉至隋唐五代，蓟县之建制始终存在。西汉，蓟县相继历属燕国、燕郡、广阳郡、广阳国。汉末王莽新朝时期（公元9––24），蓟县一度改名伐戎县，隶属广有郡，王莽新朝覆灭后恢复蓟县名。东汉，蓟县相继隶属广阳国、广阳郡、上谷郡、广阳郡。三国时代，蓟县属魏之幽州燕郡、燕国。西晋、东晋、南北朝、隋、唐、五代各朝，蓟县相继隶属燕国、燕郡、幽州、范阳郡等。辽会同元年（公元938），蓟县改名蓟北县，隶属幽都府；辽开泰元年（公元1012），蓟北县改名析津县，隶属析津府，为辽南京附郭京县。宋宣和五年至七年（公元1123––1125），析津县归宋，隶属燕山府。

　　金代，贞元二年（公元1154），析津县更名大兴县，隶属大兴府，为金中都依郭县。元代，至元九年（公元1272）中都改为大都，大兴县为元大都附郭赤县，隶属大都路。明代初期，大兴县隶属北平府。明永乐元年（公元1403），北平府改为顺天府，大兴属之。明永乐十九年（公元1421），明迁都北京，大兴为依郭京县。清代，大兴仍为依郭京县，隶属顺天府。

　　中华民国时期，1914年10月顺天府改为京兆地方，大兴属之。1928年6月，大兴县划归河北省，9月定为特等县，1929年1月旋即降为二等县。至1937年七七事变前，隶属河北省第三专区。1945年8月日本投降至1948年12月地区解放，大兴县隶属河北省第五专区。

　　日伪统治时期（1937.7——1945.8），大兴县先后隶属河北省津海道和燕京道。

　　1943年10月，中共领导的大宛安永固涿良办事处成立。1944年2月更名平南办事处，同年9月设置平南县。1945年3月，平南县建制撤销，分设大兴县和涿良宛县。1949年8月以前，中共创建的平南县、大兴县隶属冀中十专区。1949年8月，大兴县划归河北省通县专区。1949年10月中华人民共和国成立后，大兴县仍隶属通县专区。1958年3月，大兴县划归北京市并将原属北京市南苑区的旧宫、亦庄、瀛海、西红门等地划归大兴改为区建制。1960年1月，恢复县建制。

　　1999年，辖14个镇，526村：黄村镇、榆垡镇、瀛海镇、庞各庄镇、安定镇、青云店镇、西红门镇、采育镇、亦庄镇、旧宫镇、礼贤镇、北臧村镇、魏善庄镇、长子营镇。

　　2001年1月9日，国务院批准（国函[2001]4号）撤销大兴县，设立大兴区，以原大兴县的行政区域为大兴区的行政区域，区人民政府驻黄村镇。2001年3月2日，北京市人民政府（京政发[2001]9号）批复：（1）经国务院批准，撤销大兴县，设立大兴区。以原大兴县的行政区域为大兴区的行政区域。大兴区人民政府驻兴政街。（2）在原黄村镇行政区域内设立兴丰街道办事处、林校路街道办事处和清源街道办事处，同时保留黄村镇建制。其余行政区划不变。

　　2002年，大兴区辖3个街道、14个镇：兴丰街道、林校路街道、清源街道；黄村镇、西红门镇、旧宫镇、青云店镇、采育镇、安定镇、礼贤镇、榆垡镇、庞各庄镇、北臧村镇、魏善庄镇、长子营镇、瀛海镇、亦庄镇。

　　2005年10月，北臧村镇人民政府由原址迁至北京生物工程与医药产业基地天富大街10号办公。

　　2005年初，大兴区辖3个街道（兴丰街道、清源街道、林校路街道）、14个镇（黄村镇、西红门镇、旧宫镇、亦庄镇、瀛海镇、青云店镇、长子营镇、采育镇、安定镇、魏善庄镇、礼贤镇、榆垡镇、庞各庄镇、北臧村镇）。

　　2005年11月3日，大兴区黄村、西红门、亦庄、旧宫地区办事处揭牌仪式在黄村镇举行。

　　2007年10月12日，大兴区瀛海地区办事处揭牌仪式在瀛海镇政府举行。

　　2005年，全区面积1036.32平方千米，人口 56.6万人。辖3个街道、14个镇，共有75个社区、526个村委会。

　　2009年7月31日观音寺、天宫院街道办事处成立。

　　2014年11月15日高米店、荣华、博兴街道办事处成立。