汉高祖五年（公元前202）至十二年（公元前195）置狐奴、安乐两县属渔阳。唐贞观二十二年，以内附契丹别帅析纥便部置归顺州，本为契丹松漠府弹汗州（松漠府在今辽宁省阜新、彰武一带）。天宝元年（742）改称归化郡。乾元元年（758）复称归顺州，领怀柔县（与今怀柔县无关），州、郡、县治所同一。
明朝于洪武元年（1368）十二月，降顺州为顺义县，属北平府，后为顺天府所辖。民国三年（1914）十月，改顺天府为京兆特别区。民国十年（1928）六月，北京改称北平，顺义直属河北省。1948年12月8日顺义县城解放。1949年8月，顺义属河北省通州专署领导。1958年4月，划归北京市。
1997年，撤销俸伯乡，并入南彩镇；撤销尹家府乡，并入大孙各庄镇；撤销沙岭乡，并入杨镇；撤销赵各庄乡，并入张镇；撤销李各庄乡，并入木林镇；撤销赵全营乡和板桥乡，合并设立赵全营镇。
1998年3月3日，经国务院（国函[1998]17号）批准撤销顺义县，设立北京市顺义区，以原顺义县的行政区域为顺义区的行政区域，区人民政府驻顺义镇。经市政府研究，决定同时撤销顺义镇、牛山镇、马坡乡，划为顺义区城区范围，城区内设胜利、光明2个街道办事处，马坡、仁和、牛山3个地区办事处；撤销杨镇、天竺镇、后沙峪镇、南法信乡，设立杨镇、天竺、后沙峪、南法信地区办事处；撤销沿河乡，并入李桥镇；撤销张喜庄乡，并入高丽营镇。
1998年，顺义区辖2个街道、12个镇、7个地区：光明街道、胜利街道、张镇镇、大孙各庄镇、北务镇、李遂镇、木林镇、南彩镇、北小营镇、李桥镇、高丽营镇、赵全营镇、北石槽镇、龙湾屯镇、仁和地区、马坡地区、南法信地区、天竺地区、后沙峪地区、牛山地区、杨镇地区，共有428个村委会、27个居委会。
1999年，在马坡地区办事处设立马坡镇，实行“两块牌子，一套人马”。2000年，在仁和、杨镇、天竺、后沙峪、南法信、牛山地区办事处设立建制镇，实行“一套人马，两块牌子”，同时将牛山镇（地区办事处）更名为牛栏山镇（地区办事处）。
2000年第五次人口普查，全区总人口636479人，其中：胜利街道55909人、光明街道49043人、仁和镇44044人、后沙峪镇29902人、天竺镇30595人、杨镇46949人、牛栏山镇26264人、南法信镇18459人、马坡镇20452人、高丽营镇27213人、李桥镇36466人、李遂镇19427人、南彩镇37009人、北务镇10977人、大孙各庄镇28827人、张镇25774人、龙湾屯镇18024人、木林镇36942人、北小营镇34245人、北石槽镇14379人、赵全营镇25579人。
2001年11月13日，京民划函[2001]475号批准同意顺义区在区政府驻地中心地区设立石园街道，同时调整胜利、光明街道辖区范围。2005年3月8日，石园街道办事处正式成立。
2002年末，顺义区面积1021平方千米，人口58.11万。辖3个街道、7个地区、12个镇：胜利街道、光明街道、仁和地区、后沙峪地区、天竺地区、杨镇地区、牛栏山地区、南法信地区、马坡地区、石园街道；高丽营镇、李桥镇、李遂镇、南彩镇、北务镇、大孙各庄镇、张镇、龙湾屯镇、木林镇、北小营镇、北石槽镇、赵全营镇。共有48个社区、425个行政村。区政府驻府前中街5号。
2005年末，顺义区户籍人口55.9万人。辖3个街道、7个地区（同时设立建制镇）、12个镇：胜利街道、光明街道、石园街道、仁和地区（镇）、马坡地区（镇）、牛栏山地区（镇）、杨镇地区（镇）、南法信地区（镇）、后沙峪地区（镇）、天竺地区（镇）、北小营镇、南彩镇、木林镇、龙湾屯镇、张镇、大孙各庄镇、北务镇、李遂镇、李桥镇、高丽营镇、赵全营镇、北石槽镇。共有65个社区、425个行政村。
2006年7月，全区常住人口562586人，其中非农业人口196985人，农业人口365601人，区境内有回、满、蒙古等25个少数民族；全区共有流动人口188566人。
2007年，北京市政府正式批准同意顺义区在城市化进程较快地区设立空港、旺泉、双丰三个街道办事处，管辖区域分别为空港地区、北京汽车生产基地周边地区、顺义新城中心区及奥运场馆周边地区。2008年6月25日，旺泉、双丰、空港三个街道办事处正式挂牌成立。
调整后，顺义区辖6个街道、7个地区（同时设立建制镇）、12个镇：胜利街道、光明街道、仁和地区（镇）、后沙峪地区（镇）、天竺地区（镇）、杨镇地区（镇）、牛栏山地区（镇）、南法信地区（镇）、马坡地区（镇）、石园街道、空港街道、双丰街道、旺泉街道、高丽营镇、李桥镇、李遂镇、南彩镇、北务镇、大孙各庄镇、张镇、龙湾屯镇、木林镇、北小营镇、北石槽镇、赵全营镇。