秦在境內置余杭縣和錢塘縣。五代后梁置錢江縣，北宋更名仁和縣。民國元年（1912）錢塘、仁和二縣合并為杭縣。1958年杭縣、余杭兩縣撤銷分別并入杭州市和臨安縣。1961年4月原余杭縣行政區域劃歸杭州市錢塘聯社，同年7月錢塘聯社改稱余杭縣。1994年4月撤縣設市。2001年2月2日，國務院批準同意撤銷余杭市，設立杭州市余杭區。

1991年石鴿鄉并入余杭鎮。1992年，翁梅、小林、乾元3鄉并入臨平鎮，大井鄉并入喬司鎮，塘南、宏磻、超山3個鄉并入塘棲鎮，沾駕橋鄉并入崇賢鎮，勾莊、運河、肇和3鄉合并設立勾莊鎮，大陸鄉并入良渚鎮，舟枕、永建2鄉并入余杭鎮，吳山鎮并入倉前鎮，和睦鄉并入閑林鎮，長命鄉并入瓶窯鎮，鸕鳥、太平2鄉合并設立鸕鳥鎮，中橋、泰山2鄉合并設立中泰鄉。

1994年安溪撤鄉改鎮。1995年11月余杭鎮的水塔、郭家、西舍、百畝地4個行政村劃歸中泰鄉。

1996年，余杭市面積1150平方千米，人口約89.3萬人。轄23個鎮、4個鄉：臨平鎮、喬司鎮、亭趾鎮、博陸鎮、塘棲鎮、崇賢鎮、東塘鎮、獐山鎮、勾莊鎮、良渚鎮、安溪鎮、余杭鎮、倉前鎮、閑林鎮、長樂鎮、瓶窯鎮、潘板橋鎮、百丈鎮、鸕鳥鎮、雙溪鎮、黃湖鎮、五杭鎮、星橋鄉、云會鄉、五常鄉、中泰鄉、彭公鄉。市政府駐臨平鎮。

2000年第五次人口普查，余杭市總人口817715人，其中：臨平鎮154394人、星橋鎮15936人、喬司鎮40070人、亭趾鎮17732人、博陸鎮15178人、五杭鎮15865人、塘棲鎮90818人、東塘鎮21286人、獐山鎮15714人、崇賢鎮38139人、勾莊鎮34040人、良渚鎮39242人、安溪鎮14235人、瓶窯鎮40940人、潘板橋鎮12664人、雙溪鎮8246人、黃湖鎮12907人、鸕鳥鎮11798人、百丈鎮10266人、余杭鎮57469人、倉前鎮32233人、閑林鎮28757人、長樂鎮14135人、云會鄉20244人、五常鄉17541人、彭公鄉14708人、中泰鄉23158人。2000年末，全市人口79.18萬人，轄4個鄉、23個鎮，有506個行政村。

2001年8月3日，浙政函[2001]145號批復同意杭州市余杭區行政區劃調整：撤銷獐山鎮、東塘鎮、云會鄉建制，合并設立仁和鎮。仁和鎮轄43村、4居，駐詹橋頭村。撤銷亭趾鎮、博陸鎮、五杭鎮建制，合并設立運河鎮。運河鎮轄30村、3居，駐楊家墩村。撤銷潘板橋鎮、雙溪鎮、長樂鎮建制，合并設立徑山鎮。徑山鎮轄35村、3居，駐橋頭居民區（原潘板橋鎮址）。撤銷勾莊鎮、安溪鎮建制，與良渚鎮合并。良渚鎮轄68村、3居，駐荀山村（原址）。撤銷五常鄉建制，并入閑林鎮。閑林鎮轄31村、11居，駐閑林村（原址）。撤銷彭公鄉建制，并入瓶窯鎮。瓶窯鎮轄35村、8居，駐新窯居民區（原址）。倉前鎮金星村劃歸余杭鎮。倉前鎮轄25村、1居，余杭鎮轄31村、11居。撤銷臨平鎮、星橋鎮建制，改由余杭區政府直轄并設立若干辦事處。調整后，杭州市余杭區轄喬司鎮、運河鎮、塘棲鎮、崇賢鎮、仁和鎮、良渚鎮、閑林鎮、余杭鎮、倉前鎮、徑山鎮、瓶窯鎮、黃湖鎮、鸕鳥鎮、百丈鎮14個鎮、中泰鄉1個鄉和若干街道辦事處。8月7日，杭政發[2001]169號批復：設立余杭區臨平街道辦事處，管理原臨平鎮中、西部12居、15村，駐星火居民區。設立余杭區南苑街道辦事處，管理原臨平鎮南部7居、16村，駐新豐村。設立余杭區東湖街道辦事處，管理原臨平鎮東部9居、9村，駐羅莊居民區（原臨平鎮址）。設立余杭區星橋街道辦事處，管理原星橋鎮1居、10村，駐星橋居民區（原星橋鎮址）。2001年末，余杭區轄4個街道、14個鎮、1個鄉，15個社區、61個居民區、505個行政村。

2002年末，全區總面積1222平方千米，人口79.72萬人，轄4個街道、14個鎮、1個鄉，47個居委會、31個社區和505個行政村。2003年10月將505個行政村調整為266個，調整后平均人口為2309人。2003年末，余杭區共有55個社區、262個行政村。2004年末，余杭區戶籍人口80.64萬人，共有56個社區、262個行政村。2005年末，余杭區面積1223.56平方千米，共有54?個社區、262個行政村。

2007年12月，余杭調整部分鎮鄉（街道）行政區劃：將閑林鎮的沿山河、橫板橋、顧家橋3個社區和荊山、友誼、荊豐、五常、文一等5個行政村以及倉前鎮的永福村改由余杭區直轄。在此區域內設立五常街道辦事處，下轄3個社區、6個行政村，區域面積22.71平方千米，街道辦事處駐河西南27號。調整后，閑林鎮轄2個社區、10個行政村，鎮政府駐地不變（閑富中路2號）；倉前鎮轄1個社區、9個行政村，鎮政府駐地不變（倉前塘路90號）。2007年末，余杭區轄5個街道、14個鎮、1個鄉：臨平街道、南苑街道、東湖街道、星橋街道、五常街道、喬司鎮、塘棲鎮、崇賢鎮、余杭鎮、閑林鎮、倉前鎮、良渚鎮、瓶窯鎮、鸕鳥鎮、黃湖鎮、百丈鎮、仁和鎮、運河鎮、徑山鎮、中泰鄉。區政府駐臨平街道西大街33號。

2011年，撤銷運河鎮、喬司鎮、崇賢鎮、余杭鎮、閑林鎮、倉前鎮、良渚鎮、仁和鎮、中泰鄉等9個鎮鄉建制，其行政區域改由余杭區政府直轄。在此行政區域分別設立運河、喬司、崇賢、余杭、閑林、倉前、良渚、仁和、中泰等9個街道辦事處，街道辦事處管理范圍和駐地均不變。（浙政函[2011]239號）（6月17日杭政函[2011]90號）

全區現轄14個街道、6個鎮：臨平街道、南苑街道、東湖街道、星橋街道、五常街道、喬司街道、運河街道、崇賢街道、仁和街道、良渚街道、閑林街道、倉前街道、余杭街道、中泰街道、塘棲鎮、徑山鎮、瓶窯鎮、鸕鳥鎮、百丈鎮、黃湖鎮。