秦王政二十五年（前222），在今余杭区域始置余杭县、钱唐县，属会稽郡。
西汉初属楚王国，旋属荆王国，后属吴王国。
西汉末王莽时改钱唐为皋亭，改余杭为进睦县。
东汉建武元年（25）复原名。
永建四年（129）改属吴郡。
建安十六年(211)析县西部置临水县（今临安）。
三国吴黄武五年（226）改属东安郡（今富阳）。
黄武七年废东安郡，改属吴郡，宝鼎元年（266），改属吴兴郡（今湖州）。
隋开皇九年（589）废钱唐郡置杭州，州治始设余杭县，次年移治钱唐县。
大业三年（607）属余杭郡。
五代后梁龙德二年（922），析钱塘、盐官2县各半及富春县之长寿、安吉2乡置钱江县，与钱塘县同城设治。
北宋太平兴国四年（979）改钱江县为仁和县。
自此钱塘、仁和、余杭3县并存至清末。
南宋属临安府，元属杭州路，明、清属杭州府。
1912年一月二十二日并钱塘、仁和县为杭县，同年废府，改由省直辖。
1914年设道，属钱塘道。
1927年废道，又改省直辖。
同年划杭县6个区建立杭州市。
1935年后，属第一行政督察区，为该区专署驻地。
1947年五月改省直辖，不久又改属第二行政督察区。
1948年四月复属第一行政督察区。
八月又改属第九行政督察区。
1949年5月2日余杭县解放，初属第九专区（后称临安专区），并为专署驻地（次年专署迁临安县）。
1953年1月21日临安专区撤销，余杭改属嘉兴专区。
1953年12月5日杭县县政府由拱宸桥迁至原临平镇。
1957年9月23日余杭又改属建德专区。
1958年4月8日杭县撤销、划入杭州市设为郊区，将瓶窑镇、长命乡并入余杭县，并将余杭的闲林乡划归杭州。
11月21日余杭县撤销并入临安县。
1961年3月原余杭县从临安县析出，并入杭州市钱塘联社。
4月钱塘联社改制为余杭县，将临安的余杭、长命等7个公社划入，属杭州市。
1984年余杭县为5区6镇50乡。
1986年为5区14镇39乡。
1987年为5区19镇34乡。
1992年5撤区扩镇并乡后为23镇7乡。
1994年4月余杭撤县设市。
1996年5月九堡、下沙2乡划入江干区，三墩镇划入西湖区。
2001年3月余杭撤市设区。
2021年3月撤销杭州市余杭区,设立新的杭州市余杭区,以原余杭区的余杭街道、仓前街道、闲林街道、五常街道、中泰街道、仁和街道、良渚街道、瓶窑镇、径山镇、黄湖镇、鸬鸟镇、百丈镇的行政区域为新的余杭区的行政区域。