汉朝属番禺管辖，隋朝属南海县辖，宋以后分属番禺、南海县辖。清康熙二十五年（1686年）取南海、番禺两县部分区域置县，因县城近花山，定名“花县”，属广州府。民国时期，花县屡次改属。1949年10月13日，花县解放，划属江北专区；同年12月改属珠江专区。1952年属粤北行政区，1956年属佛山专区。
1958年11月广州郊区部分公社划归花县，遂改名广北县，次年3月复名花县。1960年4月20日划为广州市属县。1993年6月18日，经国务院批准，撤销花县，设立花都市（县级），以原花县的行政区划为花都市的行政区划。为省辖县级市，由广州市代管。2000年5月21日，国务院批准撤销花都市，设立广州市花都区，区人民政府驻新华镇。
2000年，花都区辖新华、花山、花东、赤坭、炭步、狮岭、北兴、芙蓉、梯面和花侨10个镇。
2000年第五次人口普查，花都区总人口713363人，其中：新华镇298935人，芙蓉镇17256人，梯面镇10284人，花山镇83334人，花东镇62250人，北兴镇32839人，炭步镇51271人，狮岭镇95431人，赤坭镇54499人，花侨镇7264人。
2002年7月，将白云区的雅瑶镇划归花都区管辖。调整后，花都区辖新华、芙蓉、梯面、花山、北兴、炭步、赤坭、狮岭、花东、花桥、雅瑶11个镇。
2005年2月4日，广东省民政厅（粤民区[2005]10号）批准撤销广州市花都区北兴镇、花侨镇，并入花东镇；撤销芙蓉镇，并入狮岭镇；撤销新华镇，设立新华街道（5月28日正式实施）。调整后，花都区辖新华街道和梯面、花山、炭步、赤坭、狮岭、花东、雅瑶7个镇。
2008年末，花都区面积970.04平方千米，户籍总人口646250人。2009年末，花都区辖1个街道、7个镇，45个居委会、188个行政村。区政府驻新华街道迎宾大道。
2010年第六次人口普查，花都区常住人口945005人，其中：新华街道381311人，梯面镇9516人，花山镇99262人，花东镇118736人，炭步镇55797人，赤坭镇56609人，狮岭镇203254人，雅瑶镇20520人。
2012年末，花都区总面积969.02平方千米。户籍总人口224713户675000人，其中农业人口131423户457824人；登记外来暂住人口473196人。辖1个街道、7个镇，50个居委会、188个行政村，189个居民小组、1950个村民小组。
2013年，撤销雅瑶镇，设立新雅街道，分设花城街道、秀全街道（粤民区[2013]18号）。具体为：将新华街道的云峰社区和东镜、东莞、石塘、清土布、广塘、团结6个行政村和原雅瑶镇合并设立新雅街道，将新华街道的红棉、雅宝2个社区和乐同、大布、官溪、九潭、朱村、岐山、马溪7个行政村划出设立秀全街道，将新华街道的百合、桂花、梅花、紫薇西4个社区和大华、三东、公益3个行政村及狮岭镇的罗仙、杨一、杨二、石岗、东边、长岗6个行政村划出设立花城街道。2014年1月8日，3个街道办事处正式挂牌成立。至此，花都区辖新华、新雅、花城、秀全4个街道和梯面、花山、炭步、赤坭、狮岭、花东6个镇。区政府驻迎宾大道89号。