商、周时代，丰台地区属古北京——蓟城的郊野。秦时置蓟县，治所阴乡城在今丰台镇南葆一带。至唐建中二年（781），析蓟县西界为幽都县。今丰台区中部（卢沟桥乡和花乡乡）当时属幽都县；东部（南苑乡）属蓟县。
辽会同元年（938），改蓟县为蓟北县，开南乡大红门以北属北泰元年（1012），改幽都、蓟北为宛平和析津。金贞元元年又改析津为大兴。同时，在今右安门以东的南苑乡地区属大兴县，西部北公村以南属良乡县，中间大部分属宛平县。明代，今右安门以东的南苑乡属大兴县，西部王佐乡北部及大灰厂一带属房山县，王庄——怪村以南属良乡县。清末丰台镇以东、大红门以北划为城属区。1928年6月，丰台区东部属南郊区，中、西部分属宛平县、房山县和良乡县。
1950年6月，经北京市政府报中央政府政务院批准，撤消建制的北京市十八区（长辛店）并入第十五区。同年8月，北京市政府决定郊区名称与城区衔接，原十四区（南苑）改为第十一区，十五区（丰台）改为第十二区。1952年7月，又决定将十一区改为南苑区，十二区改为丰台区。
1990年底，区境最西端点马鞍山（东经116°4′）和最东端点东四道口村（东经116°28′），相距35千米；最南端点为贺照云村南界（北纬39°46′），最北端点为青塔村北新开渠（39°54′），南北最宽14千米。1995年11月1日，为安置崇文区、宣武区因旧城区改造需要迁出的居民，市政府召开研究解决和义住宅小区综合治理问题的协调会议，决定由丰台区政府全权负责管理和义小区。
1996年，丰台区面积304.2平方千米，人口约75.6万人。辖12个街道、2个地区、6个乡：方庄地区、西罗园街道、太平桥街道、宛平城地区、卢沟桥乡、花乡、南苑乡、长辛店乡、王佐乡、老庄子乡、丰台街道、南苑街道、长辛店街道、东铁匠营街道、东高地街道、大红门街道、右安门街道、卢沟桥街道、新村街道、云岗街道。区政府驻丰台街道。
1996年批准设立马家堡街道（1997年3月27日正式成立）。1999年2月14日，市民政局发出通知，重新调整大兴县与丰台区的行政区划，和义地区正式划归丰台区政府管辖。1999年批准设立和义街道（一说1998年12月31日正式成立）。
2000年第五次人口普查，丰台区常住总人口1369480人，其中，右安门街道72944人、太平桥街道39899人、西罗园街道75777人、大红门街道83807人、南苑街道38799人、东高地街道49646人、东铁匠营街道109410人、卢沟桥街道93356人、丰台街道102624人、新村街道68753人、长辛店街道78092人、云岗街道32894人、方庄街道66640人、宛平街道20465人、马家堡街道48218人、和义街道22629人、卢沟桥乡114848人、花乡92205人、南苑乡86572人、长辛店乡31975人、王佐乡37385人、老庄子乡2542人。
2001年11月13日，京民划函〔2001〕475号批准同意撤销长辛店乡、王佐乡，设立长辛店镇、王佐镇。调整后，丰台区辖14个街道、2个地区、2个镇、4个乡：右安门街道、太平桥街道、西罗园街道、大红门街道、南苑街道、东高地街道、东铁匠营街道、芦沟桥街道、丰台街道、新村街道、长辛店街道、云岗街道、方庄地区、宛平城地区、马家堡街道、和义街道；长辛店镇、王佐镇；卢沟桥乡、花乡、南苑乡、老庄子乡。2001年末，丰台区面积305.87平方千米，人口83.58万人。
2002年11月14日，经北京市政府（京民划发〔2002〕401号）研究，同意将老庄子乡并入宛平城地区办事处。2002年末，丰台区辖14个街道、2个地区、2个镇、3个乡，243个社区、71个行政村。区政府驻丰台街道文体路2号。
2005年末，丰台区户籍人口97.4万人。辖14个街道、2个地区、2个镇、3个乡：丰台街道、卢沟桥街道、太平桥街道、长辛店街道、云岗街道、新村街道、右安门街道、马家堡街道、西罗园街道、大红门街道、和义街道、南苑街道、东高地街道、东铁匠营街道、宛平城地区、方庄地区、长辛店镇、王佐镇、花乡乡、卢沟桥乡、南苑乡。共有264个社区、69个行政村。
2010年第六次人口普查，丰台区常住总人口2112162人，其中，右安门街道83936人，太平桥街道63588人，西罗园街道83430人，大红门街道193382人，南苑街道48076人，东高地街道44912人，东铁匠营街道144894人，卢沟桥街道181666人，丰台街道144185人，新村街道159357人，长辛店街道80639人，云岗街道32711人，方庄地区办事处83454人，宛平城地区办事处49180人，马家堡街道119595人，和义街道40477人，长辛店镇47986人，王佐镇53808人，卢沟桥乡173690人，花乡143041人，南苑乡140155人。
2010年，丰台区对十个街道乡镇进行区划调整。其中卢沟桥、花乡、南苑三个乡设立地区办事处，实行“一套人马、两块牌子”管理体制。此外，调整包括东铁匠营、大红门、和义在内的几个街道辖区范围：（1）东铁匠营街道南三环路以南、光彩路以西区域划归大红门街道；大红门街道南四环以南区域划归和义街道。调整后的大红门街道与和义街道管辖范围以南四环路为界。（2）右安门街道菜户营南路以西区域划归太平桥街道，同时将太平桥街道菜户营南路以东区域划归右安门街道。调整后，两个街道管辖范围以菜户营南路为界。（3）宛平城地区办事处管辖的京周公路以东，京石高速公路以西，南至第二水泵厂，北到杜家坎环岛的区域划归长辛店街道。