余杭之名，春秋时已见诸史籍，彼时属吴、越领地，战国中期属楚。
秦王政二十五年（公元前222年），秦灭楚，境内置钱唐（含杭州城区）、余杭两县，属会稽郡（钱唐几经变更，到民国为杭县，余杭区系由原余杭县和杭县大部地域合并而成）。
西汉时，余杭、钱唐两县仍属会稽郡，钱唐为会稽郡西部都尉治。平帝元始四年（4年），改钱唐县为泉亭县。新王莽始建国元年（9年），改余杭县为进睦县。东汉建武元年（25年），复名余杭、钱唐。
三国时，余杭、钱唐均入吴国版图，属吴郡，隶扬州，钱唐县并为吴郡都尉治。
隋开皇九年（589年），废钱唐郡，改置杭州，州治初设余杭，次年移钱唐。大业三年（607年），又改杭州为余杭郡，钱唐、余杭仍为所属。
唐武德四年（621年）复余杭郡为杭州，为避国号讳，改钱唐为钱塘。
五代后梁龙德二年（922年），划钱塘、盐官两县地各半及富春县之两乡地置钱江县，与钱塘县同城设治。
北宋太平兴国四年（979年），改钱江县为仁和县。南宋建炎三年（1129年），升杭州为临安府，属两浙西路。钱塘、仁和升赤，余杭升畿。
元至元十五年（1278年），改临安府为杭州路，钱塘、仁和、余杭属之。至正二十六年（1366年），朱元璋攻下杭州，改杭州路为杭州府。明清延之。
民国元年（1912年）2月，废杭州府，以原钱塘、仁和县地并置杭县，与余杭县同属钱塘道。
民国16年废道制，实行省、县二级制，划杭县城区、西湖、会堡、江干、皋塘、湖墅等地，建立杭州市。
民国24年，设行政督察区。余杭属第一行政督察区，杭县属第二行政督察区。
民国29年，调整行政督察区，杭县、余杭均属第一行政督察区。
民国36年，杭县改为省直属县；余杭仍属第一行政督察区，7月，改属第九行政督察区。
1949年5月两县解放，余杭、杭县建制未变。
1958年4月，杭县被撤销，属杭州市郊区。余杭县亦于1958年10月撤销，并入临安县。
1960年1月建立钱塘联社（县级）。
1961年3月，从临安县析出原余杭县境与钱塘联社合并，4月，钱塘联社撤销，恢复县建制，定名余杭县，县治设临平镇。
1961年5月，留下划入西湖区。
1985年，西行乡并入三墩镇。
1992年，双桥乡并入三墩镇。
1994年4月，撤销余杭县，设立余杭市。
1996年4月30日，九堡镇划归江干区。（同时或在此之后（未找到具体资料），下沙划归江干区）。
1996年5月9日，三墩镇划归西湖区。7月24日，蒋村划归西湖区。
2000年，余杭市辖23个镇、4个乡。
2001年2月2日，撤销余杭市，设立杭州市余杭区。
2001年8月7日，设立余杭区临平街道办事处、余杭区南苑街道办事处、余杭区东湖街道办事处、余杭区星桥街道办事处。
2001年，余杭区辖4个街道、14个镇、1个乡，15个社区、61个居民区、505个行政村。
2003年底，余杭区辖4个街道、14个镇、1个乡，55个社区、262个行政村。
2011年8月17日余杭区正式调整行政区划，设立9个新街道办事处。
