海淀，物華天寶，人傑地靈。在這片美麗而富有魅力的土地上，歷史文化與現代文明相互融合，山水風光與城市景觀交相輝映。21世紀的海淀，以其獨特的自然風光、濃厚的文化氛圍、密集的高素質人才、發達的現代科技產業、田園式的生態環境，成為當今中國最富魅力、最具活力與創新精神的地區之一。豐富的科技、教育、文化資源，為海淀經濟的騰飛奠定了基礎。
至遲在商代後期，在今北京地區已形成薊、燕等方國，都是商的屬國。
公元前11世紀中葉，周武王滅商，隨即分封諸侯。封帝堯之後（一說黃帝之後）於薊，都城在薊（今北京城區西南部）；封召公於燕，都城在今房山區董家林一帶。後薊國衰落，約在西周末年（一說早在西周初年）被燕國兼併，燕即遷都於薊。故今北京地區先分屬於薊、燕兩國，以後則統為燕國轄地。
戰國時期，燕為秦、齊、楚、魏、趙、燕、韓“七雄”之一。約在燕昭王后期（公元前290年以後），燕沿北部邊境修建長城；並沿邊境設上谷、漁陽、右北平、遼西、遼東五郡，郡下設縣。今北京地區西部、西北部屬上谷郡，可能包括今海淀區轄域西北部的部分地區。這是北京地區施行郡縣制的開始。
前226年，秦兵攻佔燕都薊城。前222年，燕王喜被俘，燕亡。翌年，秦始皇建立中國歷史上第一個中央集權的封建統一國家。秦廢止分封制，在全國實行郡縣制。在原燕國北部仍設上谷、漁陽等五郡，又在薊城地區設廣陽郡（一說，未設廣陽郡，將薊城併入上谷郡）。郡轄各縣名稱始見記載，其中，轄域可能涉及海淀地區的有廣陽郡（或上谷郡）薊縣、上谷郡軍都縣。
秦末農民大起義爆發後（前209年起），今北京地區先後有韓廣、臧茶割據一方。前202年，漢高祖劉邦統一中國。西漢實行郡、國並立制度，在薊城地區先後置燕國（前202一127，前118-80）、燕郡（前127-118）、廣陽郡（前80-73）、廣陽國（前73-9）。公元9年王莽廢廣陽國。改設廣陽郡（曾改名為廣有）。東漢初復置廣陽國（26—37），後併入上谷郡。96年復置廣陽郡。漢武帝元封五年（前106），西漢始設十三州部，為監察區。今北京地區（包括當時燕國及漁陽，上谷等郡）屬幽州刺史統監。東漢形成州一郡（國）一縣三級政區。漢獻帝建安十八年（213）後，幽州併入冀州（治所在鄴郡）。
自西漢起，薊城一直是燕國、燕郡、廣陽郡、廣陽國的國都或治所；入東漢後，又是幽州的治所。東漢初年，屬上谷郡的昌平縣從今河北陽原一帶遷入軍都縣境，治所在今昌平縣東南。96年復置廣陽郡時，除原屬廣陽郡的薊、廣陽等縣復歸外，原屬上谷郡的軍都、昌平等縣也同時劃入。至西漢末年，海淀地區可能分屬於廣陽國薊縣、上谷郡軍都縣；而到東漢末年，則分屬薊、軍都和昌平縣（都是廣陽郡轄縣）。
220年，曹魏建立，領有中國北方（包括今北京地區）。265年西晉代魏。西晉末年，北方地區大亂，317年後進入十六國紛爭時期。其間鮮卑段氏（314-321）、後趙（321-350）、前燕（350-370）、前秦（370-385）、後燕（385一400）先後佔據今北京地區。400年後，北魏控制其地，以後又先後由東魏（534—550）、北齊（550—577）、北周（577—581）統治。
曹魏迄至北周，北方的地方行政區劃基本上是州、郡、縣三級制度。曹魏立國之初（220），復置幽州，今北京地區仍為幽州轄地。223年前後改廣陽郡為燕郡。232年以燕郡地置燕國，265年後西晉繼置。約300年前後，在“八王之亂”中又廢為燕郡（亦時稱燕國）。北魏太和十八年（494）前後，在今河北涿鹿一帶設燕州，下轄新設的昌平（一說稱平昌）等郡。東魏天平元年（534），燕州率屬下流民徙治於幽州燕郡的軍都縣境，改稱東燕州。其所轄昌平郡、徧城郡（東魏武定初、約545年置，約555年廢）及轄縣亦隨遷成為僑置郡縣。577年，北周廢東燕州，所轄昌平（平昌）郡隨廢，旋又置，屬幽州（一說屬燕州，由北燕州改）。
三國、西晉、十六國、南北朝時期絕大部分時間薊城為幽州治所，亦始終為燕郡（燕國）治所。前燕曾短時在此建都（352一357）。後燕、北齊設定的行臺，北周的幽州總管府都駐於薊城。494年，北魏設燕州時，在西漢昌平縣故地（居庸關外）新設昌平（平昌）郡和昌平縣。此前，東漢時遷至今昌平縣轄域一帶的昌平縣已併入軍都縣。534年，燕州東遷，昌平（平昌）郡及下轄的昌平、萬年兩縣遷入軍都縣境。東燕州、昌平郡治所均設於昌平縣（即今昌平縣城一帶）。這是歷史上昌平縣第二次遷入現轄地區。徧城郡及所轄廣武、沃野兩縣亦寄置於軍都縣境（約在今昌平縣西南境及海淀區北部）。北齊天保中（約555年前後）省燕郡軍都縣，轄地劃歸昌平郡昌平縣；又廢徧城郡及所轄廣武、沃野兩縣，轄地當併入昌平、萬年兩縣。此時昌平郡昌平、萬年（治所約在今雙塔村附近）兩縣由僑置縣變為實轄縣。
三國、西晉、十六國、南北朝，今海淀區轄域南部當始終是燕郡薊縣轄地。其北部在三國至北魏前期當分屬於燕郡軍都、昌平兩縣；至北魏末年則屬軍都縣；東魏至北齊天保年間可能分屬於軍都縣，及昌平、萬年、廣武、沃野等4個僑置縣；北周時則分屬於昌平、萬年兩縣。
581年，北周為隋朝取代。隋開皇三年（583）十一月，“罷天下諸郡”，實行州、縣二級制度。燕郡、昌平郡等均廢，屬縣直接由幽州統轄。大業三年（607）又改州為郡，廢幽州，置涿郡。今北京地區大部分（含海淀地區）屬涿郡。唐朝建國後（618）“罷郡置州”，遂廢涿郡，復置幽州。唐貞觀元年（627）分全國為十道，為監察區域。幽州屬河北道。開元二十一年（733）增劃為十五道，河北道不變，並設常任長官（採訪使，後稱觀察使），開始形成道、州、縣三級政區。
唐中宗時（705年後）開始在邊疆要地設“節度使”。玄宗開元年間（713年後）節度使設定成為制度，節度使轄區也稱為“道”（軍事區域）。以後邊地各道（行政區域）的採訪使等地方行政官職漸由節度使兼任，節度使遂成為集軍事、政務、財經、監察大權於一身的方鎮。天寶元年（742）廢州改郡，幽州改稱范陽郡。范陽節度使是當時邊地最大的方鎮。天寶十四年（755）冬至寶應二年（763）初的“安史之亂”就是以范陽為根據地發動的。至德元年（756）以後，全國陸續劃為四十多個道，行政區域和軍事區域基本合一，形成藩鎮割據局面。758年復改范陽郡為幽州。今北京地區為幽州節度使（兼盧龍節度使）轄地。
唐朝初年，唐王朝在邊地設若干都督府（都護府）和羈縻州縣安置北方少數民族。唐神龍元年（705）後，羈縻州縣大多寄治於幽州境內，至天寶中（750年前後）共十九州，如燕州、帶州等寄治於當時昌平縣境。“安史之亂”後羈縻州縣不復存在。唐末，劉仁恭、劉守光父子佔據今北京地區。913年被李存勖攻滅。923年李存勖滅後梁，建後唐。936年後唐大將石敬瑭為奪帝位，將燕雲十六州（包括今北京地區）割給契丹。
唐末，劉仁恭、劉守光父子佔據今北京地區。913年被李存勖攻滅。923年李存勖滅後梁，建後唐。936年後唐大將石敬瑭為奪帝位，將燕雲十六州（包括今北京地區）割給契丹。
薊城在唐代又稱幽州城，是隋唐時幽州（涿郡、范陽郡）的治所，又先後是幽州總管府（大總管府、大都督府等）、幽州（范陽）節度使駐地。“安史之亂”中，史思明還以幽州城為“燕京”（759），這是歷史上今北京首次稱“燕京”。911年劉守光也在此稱帝。583年，萬年縣併入昌平縣。705年後，羈縻州帶州及其屬縣孤竹縣寄治於昌平縣境西南清水店，即今海淀區太舟塢村。這是海淀地區範圍內歷史上最早見於史料的縣級治所。天寶元年（742）析薊縣置廣平、廣寧（一稱武寧）兩縣。744年撤，復並薊縣。756年後又置廣平縣，在薊縣之西。建中二年（781）設幽都縣，將幽州城及郊區劃分為二，幽都縣轄城區西部及西郊。自此，歷史上的北京城形成兩附廓縣。唐末（約公元900年以前）廣平縣廢。稍後，在幽州城西設玉河縣。924年（後唐同光二年，一說932年即長興三年），昌平縣改名燕平縣。
隋唐時期，今海淀區轄域在唐天寶元年（742）前後可能分屬幽州（范陽郡）的薊、廣平、廣寧、昌平縣和帶州孤竹縣（寄置）；至五代後唐時，可能分屬於幽都、玉河、燕平、薊等縣。據已發現的唐代石刻記載，唐代晚期，今萬壽路、翠微路、甘家口、八里莊、紫竹院一帶屬幽都縣。
自契丹天顯十一年（936）起，今北京地區先後由契丹、女真、蒙古等少數民族政權統治達100多年。遼在此置南京，金正式建都。元朝統一中國後，歷史上的北京城成為統一國家的首都。
936年年末，契丹進佔幽、薊、雲等燕雲十六州。契丹會同元年（938）十一月，升幽州城為南京，又稱燕京，建為陪都；設南京道。同時改國號為“遼”（一說947年改。983年複稱“契丹”，1066年又改稱“遼”）。遼在漢族地區的地方行政制度為道、府（節度州）、州、縣四級。南京道下轄幽都府（亦為938年置），南京城及其周邊地區（包括昌平、玉河縣）為幽都府轄地。契丹開泰元年（1012）改稱析津府。1122年底，金國攻佔遼南京，次年（宋宣和五年）三月由北宋接管。北宋以原析津府為基礎，設燕山府路，燕京改稱燕山府。至1125年底，又為金國奪佔，恢復燕京和析津府名稱，並置燕京路（一說1129年即金天會七年析津府屬河北東路）。金代地方行政制度為路、府（州）、縣三級。天德三年（1151）四月，金海陵王下詔遷都燕京。貞元元年（1153）三月改燕京為中都（先改為“聖都”，旋又改），析津府改為永安府（次年又改為大興府），燕京路改稱中都路。
幽州歸遼後，燕平縣複名昌平縣，會同元年（938）薊縣改稱薊北縣。開泰元年（1012），薊北縣改稱析津縣，幽都縣改稱宛平縣。金天眷元年（1138）“省燕、中、西三京，平州東、西等路州縣”，玉河縣遂廢，轄地併入宛平縣①。金貞元二年（1154），析津縣改稱大興縣，大興、宛平兩縣成為“赤縣”，分治中都城。中都城較遼南京在東、南、西三面向外擴充套件，在西北方向將今海淀區羊坊店路以東、黃亭子至會城門一線以南地區括入。中都城中設警巡院，主管治安、司法，故城內各坊主要由警巡院管理。終遼之世，“海淀地區”分屬於遼南京道析津府的析津、宛平、玉河、昌平等縣；至金代末年，分屬於中都路大興府的大興、宛平、昌平等縣。據已發現的遼代石刻記載，今魏公村、西二里溝、公主墳一帶屬宛平縣，今北安河、大覺寺一帶屬玉河縣。又據文獻記載，金代玉泉山地區在宛平縣北境。
成吉思汗十年（金貞三年，即1215年）五月，蒙古軍攻佔金中都。將中都改稱燕京，中都路改稱燕京路，“總管大興府”。至元元年（1264）八月改燕京為中都（為陪都），燕京路改稱中都路，其大興府仍舊。至元八年（1271）蒙古改國號為“大元”。次年二月改中都為“大都”，正式在此建都。中都路改稱大都路，今北京地區絕大部分（包括海淀地區）屬大都路。1276年元滅南宋，大都成為統一國家的首都。元代在歷史上首設“行省”，下轄路、府、州、縣。大都及鄰近的今山東、河北、山西等地稱“腹裡”，由元中央政府中書省直轄。
蒙古佔據燕京初期，大興、宛平、昌平等大興府屬縣大體仍如舊置。至元二年（1265）省幷州縣，詔“附廓縣止令州府兼領”，大興、宛平兩縣名存實撤。至元四年（1267）起，在舊金中都城東北方建新都城，今海淀區東部偏南一部分地區劃入新都城垣內（即今元代土城以內地區）。至元十一年（1274）大都新城基本建成，重置大興、宛平兩縣衙署。兩縣在城內沿麗正門南北一線東、西分治，重新劃定轄域。至元十二年（1275），設大都左、右警巡院和南警巡院，“分領京師坊市民事”（設定時間又有至元四年、至元六年之說）。專理南城（舊中都城）的南警巡院於至元二十四年（1287）撤，大德九年（1305）又置。元代，海淀地區南半部大體屬宛平縣，北半部大體屬昌平縣。根據《析津志輯佚》和《順天府志》（永樂大典本）記載，宛平縣以香山、五華山（今臥佛寺以北）、玉泉山以北之金山口（即香山向東之西山支脈），經青龍社（今青龍橋一帶）以南，向東至清河店（今清河鎮）以南十里之方頭店（約當今學四路口一帶）與昌平縣為界。此外大口店（今清河鎮以北一帶）、黃堠店（今永豐鄉皇后店一帶）為大興縣轄地（當為飛地）。
明洪武元年（1368）定都南京。八月，明軍攻佔大都城。隨即將大都路（兼領大興府事）改為北平府。十月，北平府隸山東行省。次年三月，設北平行省，北平府改隸北平行省，行省治所設於北平城。永樂元年（1403）正月，改北平為“北京”，稱“行在”。二月，改北平府為“順天府”，轄今北京市大部分地區；撤銷北平行省，設北京“行部”直轄原北平行省轄區。永樂十九年（1421）正月，稱北京為“京師”，正式定都於此（1425年一1441年間曾複稱“行在”）。原由北京“行部”管轄的京師地區順天府等八府、二直隸州直轄於中央政府，稱為“北直隸”。
明代，大興、宛平為京縣，屬順天府。昌平縣於正德元年（1506）升為州，三年復降為縣，九年（1514）又升為州，亦屬順天府。海淀地區仍分屬宛平、昌平兩縣（州）。明初，據《順天府志》（永樂大典本）載，海淀地區內宛平、昌平兩縣分界，與元代大體相同，惟東端向北移至清河店（今清河鎮）以南雙泉店。據《宛署雜記》等文獻記載，明末萬曆二十年（1592）前後，在海淀地區內，宛平縣北自幞頭村（屬昌平，即今西埠頭）南側起，沿高麗村（今高裡掌）、小石窩（今溫泉村）、白家灘、黑龍潭等地北側向東經金山口、青龍橋（屬昌平）沿清河河道至清河村一線（河道以北屬昌平）與昌平州分界。
清順治元年（1644）五月，清軍進佔明京師（北京）。十月初一日正式定都北京。清代設直隸省、順天府。順天府同時受中央政府和直隸省管轄。順治初，順天府轄區內，大興、宛平為京縣，直轄於府。昌平等州縣則由順天巡撫（駐遵化，曾遷密雲）統轄，順治十八年（1661）順天巡撫撤裁後，又歸保定巡撫統轄。康熙十五年，“又定以昌平、良鄉等十九州縣隸順天府”。康熙二十六年（1687年，一說二十七年），在順天府轄區內設東、西、南、北四路廳，大興、宛平等縣屬西路廳，昌平州等地屬北路廳。各路廳在本屬域內行使某些行政職能。順天府各州、縣並受直隸省的分巡道霸昌道、通永道管轄。霸昌道、通永道在順天府轄域內行使某些行政職能，宛平、大興、昌平都屬霸昌道。
清代沿襲自遼、金、元、明以來在京城專設治安機構兼管民政的傳統。依明朝制度，在北京設中、東、西、南、北五城，並將五城管轄範圍擴大到近郊。康熙十三年（1674）設“提督九門步軍統領”，逐漸形成由五城御史和步軍統領衙門管理的“城屬”地區。“城屬”地區名義上仍分屬大興、宛平兩縣，但兩縣對該地區已“無行政司法大權”。雍正五年（1727）令在“城屬”地區與各州縣接壤之處“合同勘定，建立界牌，以垂永久”。今海淀區南半部絕大部分和北半部溫泉、冷泉一帶屬“城屬”地區。光緒三十一年（1905）七月，清政府在北京城區（城牆以內）設定警察機構，取消五城御史，而近郊仍由步軍統領衙門管理。
清代，今海淀區南半部和溫泉、冷泉、北安河一帶隸屬於宛平縣，在當時宛平縣東北部（多在該縣“城屬”範圍內）；北半部大部隸屬於昌平州，在當時昌平州南部和西南部；延慶州有屬地在境內（一說大興縣也有屬地在境內）。據康熙《宛平縣誌》（1683）和康熙《昌平州志》（1672）載，當時宛、昌兩縣（州）的分界線與明末基本相同。當在康熙三十一年（1692）以後，隨著玉泉山靜明園和此後圓明園的興建，宛、昌分界發生較大變動。其中，青龍橋一帶劃歸宛平，白家疃至百望山一帶分界線北移至百望山至溫泉大道一線，變動不晚於乾隆三十八年（1773）；百望山以東，由清河河道一線北移至西北旺、唐家嶺、回龍觀一線，變動在乾隆三十八年以後。至光緒年間，據光緒《順天府志》（1885）和光緒《昌平州志》（1886）載，宛平縣與昌平州分界線為：西北自西埠頭南側起沿草廠、高立莊（今高裡掌）、辛莊、溫泉（石窩村）、白家疃、冷泉、吳家莊（今武家莊）、後廠、唐家嶺、回龍觀、黃土村等地北側一線，至潘家莊（今潘莊）東側。回龍觀以南、潘家莊以西的西三旗、清河小營、清河鎮仍屬昌平州。永泰莊、河北村已屬宛平。後沙澗一帶為延慶州飛地。後沙澗原為延慶衛的軍屯。元武宗至大四年（1311）設隆鎮萬戶府，後改稱隆鎮衛、隆慶衛。明穆宗改元“隆慶”，將該衛改為“延慶衛”。乾隆二十六年（1761）延慶衛併入延慶州，後沙澗即成為延慶州的屬地（飛地）。
“城屬”地區自1727年下令正式劃界起，與宛、大兩縣直轄地區的分界線也多次有所變動。乾隆三十八年（1773）劃定的界線在“海淀地區”內，北部沿清河一線，西至紅石口（今紅山口），再向北沿山腳至百望山北側沿通溫泉的大道至寨口村，向南至楊坨、三家店（今屬門頭溝），南部至田村一帶。“海淀地區”範圍內的“城屬”地區分別由西城、北城御史和巡捕中營、北營、右營管理。迄至清末（見光緒《順天府志》），該區域在圓明園以北擴至樹村、馬連窪、黑山扈以北一線。
1912年1月1日，中華民國臨時政府在南京成立，此時北京仍為清政府首都。2月12日，清帝溥儀宣告“遜位”。3月10日，袁世凱在北京就任臨時大總統。4月2日臨時參議院議決以北京為臨時政府所在地，北京的首都地位遂仍維持不變。1914年5月23日，公佈“省官制”，順天府從直隸省劃出，成為單獨行政區域。10月5日，公佈“京兆尹官制”，順天府改稱“京兆地方”，正式成為中央直轄區域。
這一時期，海淀地區的隸屬情況與清末相同。宛平縣轄區中的“城屬”地區由步軍統領衙門管理。1913年1月9日，民國政府劃一地方行政官廳組織，將“州”一律改稱“縣”，故昌平州更名為昌平縣。1915年前後，清河鎮和西埠頭村由昌平劃歸宛平，西三旗、清河小營、前、後屯仍屬昌平。其餘宛、昌兩縣分界及“城屬”地區界線未變。
1924年11月撤銷步軍統領衙門，北京近郊地區由京師警察廳管理。次年1月在近郊設東、西、南、北郊4個警區。屬今海淀區轄域的地區分別歸西郊、北郊警署管理。
1928年6月一1937年7月蔣介石發動“四一二”政變後，1927年4月18日，南京國民政府成立。當時北洋政府仍設於北京，統治北方地區。
1928年6月8日，國民黨的“北伐軍”進佔北京。6月28日，南京國民政府決定：直隸省改名為河北省，將原京兆地區各縣併入河北省；北京失去首都地位，改名為北平，設北平特別市。10月30日，行政院決定“暫以前北京市政公所及警察總監所管轄之界限，為北平特別市區域”。自此，宛平、大興兩縣轄域內的原“城屬”地區正式從兩縣劃出，成為北平特別市區域。宛平、昌平等縣劃歸河北省。1930年11月21日，國民政府第一百次國務會議決定北平市改劃為行政院轄市。
這一時期，海淀地區分屬北平市和河北省的宛平縣、昌平縣、延慶縣。屬北平市的即原宛平縣的“城屬”地區大部分（另有部分在現轄域以外）；宛平縣轄域屬今海淀區範圍的有北安河地區、田村地區、鐵家墳以南地區，清河以北地區；屬昌平縣轄域的地區同民國初年；後沙澗仍為延慶縣飛地。1928年12月19日北平市政府下令推行“地方自治”，設立市轄區（“自治區”）。將全市分為15個區，海淀地區屬北平市轄域的地區分屬北郊、西郊兩區。
1930年10月，根據“市組織法”規定，以數字序號命名市轄區，西郊區即定名為十三區，北郊區定名為十五區。1931年8月，十三區（西郊區）正式成立。1932年2月，十五區（北郊區）正式成立。十五區西部在今海淀區轄域內；十三區大部分在今海淀區轄域內，而其東南部、南部和西部都超出今海淀區界。在今海淀區範圍內，十三區與十五區之間分界線由內城西北城牆拐角起，沿元代西土城向北至小西門（約今學院南路與西土城路交叉路口）向西北經大鐘寺、保福寺、中關村（均屬北郊區），沿燕京大學、掛甲屯南側至頤和園東宮門，再沿頤和園北牆外至青龍橋南側，繞過玉泉山西側，向東北至百望山。該線以北、以東屬十五區，以南、以西屬十三區。十五區（北郊區）北與宛平縣交界線，西自百望山向東南經馬連窪、廂黃旗、樹村以北，再沿清河河道向東。十三區（西郊區）北與昌平縣分界線，自百望山向西沿通往溫泉之大道至溫泉村（即宛平、昌平兩縣此段原分界線）。十三區與宛平縣分界線：北段東自溫泉村，西經南安河北側、寨口東南側向南；南段沿巨山村、玉極庵、田村、亮甲店、定慧寺南側折向西南，至沙窩村西側；北段線以南、以東，南段線以北、以東屬十三區。宛、昌兩縣分界線，西段西北自西埠頭以北起，東南至溫泉村；東段西起百望山，東至回龍觀、黃土北店北側和潘莊東側折向西繞過西三旗、清河小營，再向東至永泰莊和河北村（飛地）；都與民國初年相同。西郊區西南與宛平相接之田村、巨山、模式口、五里坨、高井等地多有一村分屬兩地的現象，一直紛爭不斷，未能解決。
1937年7月一1945年8月1937年7月29日，北平被日軍佔領。日軍扶植偽政權，改北平為“特別市”。1937年12月14日，偽“中華民國臨時政府”在北平成立。於次年4月17日改北平為“北京”，國民政府和中國共產黨均不承認。1940年3月30日，汪偽“國民政府”成立，北京的“臨時政府”改組為“華北政務委員會”。同年9月，偽“市公署”將原以數字序號命名的各市轄區改為內外城各排順序，郊區4個區改稱東郊、西郊、南郊、北郊。1938年7月，偽“河北省公署”將全省劃為4個“道”（1940年6月改為8個“道”），宛平、昌平兩縣初分屬津海道、冀東道，1940年6月以後都隸屬於“燕京道”。1942年1月，偽“河北省公署”將百望山以東的宛平縣全部轄域即清河、回龍觀等地區劃歸昌平縣，北郊區以北即成為昌平縣轄區。1939年1月偽“察南政府”（轄延慶縣），1940年10月偽“燕京道尹公署”都曾下令“整理飛地”，延慶縣在後沙澗的飛地當在此時劃歸昌平。1939年6月，日偽開始在西郊建設“新市區”。該區域東至公主墳南北（即今西三環路），北到阜成門至西黃村道路（即今阜成路、田村路）以南，西抵宛平縣鐵家墳以西（即今玉泉路），南至蔣家墳村一帶（今屬豐臺區），面積約14.7平方公里。“新市區”地跨西郊區和宛平縣，幾乎全部在今海淀區轄域內。
1945年9月-1949年1月1945年8月15日，日本投降。各級偽政權垮臺，恢復“北平”名稱。9月，國民黨軍隊搶佔北平，北平仍為“院轄市”。12月6日，北平市政府下令，市轄區恢復以數字序號命名，共16個區。西郊區定名為十五區，北郊區定名為十六區。1947年3月郊區十三至十六4個區調整為8個區，即十三至二十區。此前，1946年5月，北平市警察局將4個郊區分局調整為8個，稱郊一至郊八分局；因此，當時又將郊區各區按警察分局的順序習稱為郊一至郊八區。宛平、昌平仍屬河北省。1948年12月12日一17日，人民解放軍解放了北平西郊地區絕大部分，海淀地區成為解放區。
海淀地區在北平市範圍內原分屬十五區（西郊區）、十六區（北郊區）。1947年3月，郊區調整後，則分屬十六、十七、十八、十九4個區。原西郊區南部的“新市區”及其以東地區劃歸新的十六區；原西郊區西部和北郊區玉泉山、青龍橋地區劃為新的十七區，區公所駐香山；原西郊區東部和北郊區平綏鐵路（即今京包鐵路，其中清華大學附近一段線路於1958年底改線，清華園火車站遷址。當時線路在新線以西）以西地區劃為十八區，區公所駐海淀鎮；原北郊區平綏鐵路以東地區劃入十九區。自此，在今海淀區轄域內，開始設定市轄區治所。至1949年1月底，在海淀地區範圍內，十六區、十八區交界線為阜成門外大街及甘家口以西至亮甲店“中央大路”（即今五棵松路）的大道南側定慧寺、黃帶子墳一線。十七、十八區交界線①為：北起西北旺沿通頤和園之大道經頤和園東牆外，沿長河至長春橋，再向正南經石佛寺、板井村和彰化村以東，折向西沿雲會寺、高莊、杜家墳、玉極庵的南側一線。十八、十九區分界線即平綏鐵路。北平市十六、十七、十八、十九區與昌平、宛平分界線未變。黃家墳、鐵家墳、甄家墳、棗林、六道口等村（今玉泉路以東一帶），面積約4.7平方公里，本屬宛平縣；日偽時期該地區劃入“新市區”規劃建設範圍，抗戰勝利後北平市政府接收“新市區”時被一併接收，後劃入十六區。但該地歸屬並未正式確定。
抗日根據地和解放區行政建制（1938年3月一1949年1月）
在抗日戰爭中，中國共產黨領導的抗日力量在平西開闢了抗日根據地。到解放戰爭時期，平西成為解放區。在抗日根據地和解放區建立了人民政權。今海淀區北半部地區和清河鎮地區當時統稱“平郊地區”，其中北安河地區是平西抗日根據地和解放區的邊緣地帶，其他大部地區則屬游擊區和敵佔區。當地人民政權的行政區域與日偽和國民黨政權的設定多不一致，且相互重疊。由於戰爭環境，根據地和解放區在海淀地區劃分的行政區域實際是地方政權開展工作的範圍。
1938年3月成立宛平縣抗日民主政府。後該政府工作範圍擴大到昌平縣西部（包括今海淀區北半部地區）。1939年3月改宛平縣為昌宛聯合縣。1941年7月，成立昌宛縣佐公署（縣級機構）直接領導昌宛縣永定河以北地區。1942年2月（一說1942年12月），昌宛縣改建為昌宛房聯合縣，縣佐公署也相應改名，工作地區未變。1943年3月，昌宛房縣永定河以北地區劃入新建的昌宛懷（懷來）聯合縣，縣佐公署撤銷。海淀區現轄域中清河以北、平綏路以西屬昌宛懷縣工作範圍。
1945年8月，昌宛懷縣撤銷，分設昌宛縣和懷來縣（此前，1944年10月，撤銷昌宛房縣，設房山、宛平兩縣），今海淀區北半部地區屬昌宛縣工作範圍。
1945年9月昌宛縣政府遷至七王墳（今屬海淀區）一帶。年底，又遷往狼兒峪（在今昌平縣西部）。1947年12月12日，成立昌順縣，由昌平縣平綏鐵路以東和順義縣平古鐵路以西地區組成。清河鎮及周圍地區劃入昌順縣工作範圍。1948年12月14日，北平西郊及宛平縣地區解放，即撤銷昌宛聯合縣，原屬宛平縣的地區劃回宛平縣，原屬昌平縣的地區劃歸昌順縣。今海淀區轄域內的北安河地區歸宛平縣，蘇家坨、永豐屯、白水窪地區和西北旺、東北旺一帶劃歸昌順縣。
自1938年起，平西抗日根據地和解放區（包括宛平、昌平地區）隸屬於晉察冀邊區；至1948年8月華北人民政府成立，又屬華北解放區，先後由冀熱察區、北嶽區領導。1949年1月15日，北嶽區併入解放後恢復建制的察哈爾省，宛平縣、昌順縣劃歸察哈爾省管轄。
北平和平解放以後（1949年1月一1949年7月）1949年1月31日，北平和平解放。北平市成為華北解放區直轄市。此前，北平市軍事管制委員會和北平市人民政府已於1949年1月1日成立，駐西郊青龍橋鎮。2月初，市政府和市軍管會遷入城內。2月20日，華北人民政府遷入北平。北平市的軍事管制區域為“東至通州，西至門頭溝，南至黃村，西南至長辛店，北至沙河”，擴大了北平市原轄區域。市政府決定，原轄區內的20個區建制不變，在新劃入的區域內擬新設12個區（即二十一至三十二區），市轄區達到32個。但在實施過程中，只新成立了二十三（南苑）、二十四（黃村）、二十五（豐臺）、二十六（長辛店）、二十七（石景山）、二十八（門頭溝）等6個區。這些地區原來分別屬大興、宛平兩縣管轄。此前已由十六區管轄的鐵家墳一帶，隨之正式併入北平市。
在今海淀區轄域內，屬宛平縣的田村地區、北安河地區和屬當時昌順縣的今海淀區北部、清河地區都劃入軍管區域。1月底前，田村地區劃歸新設的二十七區（石景山區），清河地區（包括西三旗、清河小營等地）劃歸十九區（4月4日方正式下令）。地處今海淀區北半部的宛平縣北安河地區和昌順縣轄地則始終未納入北平市行政管理範圍（擬成立的第二十九區並沒有成立），仍分別由宛平縣和昌順縣管轄。
1949年1月12日，十七區人民政府成立，初駐香山大旅社，3月中旬遷往青龍橋實驗小學即現萬壽山後身25號。14日，十八區人民政府成立，駐海淀鎮樂家花園即現八一中學內。在此前後，十六、十九、二十七區人民政府也相繼成立。1月31日後，各區人民政府接管了當地民國政府行政機構。2月初，十七區的模式口、五里坨地區（當時是兩個保）劃歸新成立的二十七區（石景山區）。3月底，十七區、十八區和二十七區之間又小幅調整彼此轄域，將巨山村、福田寺村全部歸十七區管轄，將田村（自然村）全部歸二十七區管轄。4月6日，昌順縣原屬順義縣的地區劃出，恢復昌平縣原轄區域，仍用昌順縣名稱（亦間用“昌平縣”名稱，10月正式改名）。至1949年6月底，今海淀區轄域分屬北平市十六區、十七區、十八區、十九區、二十七區和察哈爾省宛平縣、昌順（昌平）縣管轄。由於十七區與二十七區轄域的變動，十七區在香山以西克勤峪經白石崗至八大處以北白塔山一段與二十七區的分界即今海淀區界的一段。由於鐵家墳地區正式劃歸十六區，十六區與新成立的二十七區之間以玉泉路為分界線，以後亦成為海淀區的區界。因清河地區劃入十九區，十八區與昌順縣分界線從平綏路與清河交叉處西移至朱房村以西，十九區與昌順縣分界線西起朱房村以西向北至西二旗以北，向東經西三旗、西小口北側，向南經後屯、永泰莊以東至清河（河道）。
1950年8月、更名為十三區。1951年5月，劃展覽路、禮十路以東地區歸西四、西單區管轄。1952年9月1日，海淀區人民政府正式成立。同月、十四區的朱房、清河、後八家、柏顏莊、明光寺、索家墳以東地區及宛平縣北安河地區劃人海淀區。1956年4月，劃三里河以東地區、北太平莊東部地區歸西單區和西四區，劃八大處鄉歸石景山區，後屯鄉劃人海淀區。1958年3月，昌平縣東小口、永卡、上莊、蘇家坨等鄉和石景山區的田村鄉、西黃村鄉並人海淀區。同年9月，劃西黃村鄉歸豐臺區。1963年12月，劃東小口鄉歸昌平縣。
1978年10月以後，海淀區各級各類機構陸續取消“革命委員會”，各街道、公社恢復原有建制。
1983年底，人民公社取消，海淀區在農村延續26年的人民公社政社合一體制終結。
2019年，海淀區下轄22個街道，7個地區。
