Первые письменные упоминания об округе под названием Горетовка относятся к XIV-XVI векам. В Духовной грамоте Ивана Калиты упоминается Горетовская волость, состоящая из нескольких поселений. Писцовая книга XVI века рассказывает о Горетовом стане, а также селах Петровское, Козлово, Козмодемянское, Старбеево, и деревнях Киреево, Ивашково, Красные горки. В IX-XII веках по реке Восходня, которая сейчас называется Сходня, проходил торговый путь между Поволжьем и Поднепровьем. Основание Санкт-Петербурга и прокладывание Питерского тракта дало большой стимул для развития данного региона и появления новых деревень — Кирилловки, Бутаково и Химки. Название город получил от реки Химка, на которой было основано предшествовавшее городу поселение. Окончательное происхождение и значение названия реки пока не выяснено. В древности употреблялась форма Хинска, Хынска, в XVI—XVII вв. — Хинка, Химка, у отдельных селений — Хилка (верховье) и Выходная (низовье). Форма «Химка» окончательно установилась только в XIX веке. Форму «хинька» можно связать с апеллятивом хинь — «чепуха, пустяки, вздор» (Даль, IV): русское диалектное (рязанское) «хинью» — «бесполезно, впустую». Это значит, что «Хинка» — незначительная речка. Со временем слово «хинь» стало малоупотребительным, а позднее перестало использоваться вообще и стало восприниматься как непонятное. Смысловая его связь с названием «Хинка» утратилось; оно было переосмыслено, возможно под влиянием входившего в употребление слова «химия». Не исключено и балтийское происхождение гидронима (среднелитовское himinas — «мох»), либо от мужского имени Химка — просторечная форма от Ефимий (Фимка)[7]. Также название связывают с понятием Хилка — верхний путь (выход), так как предполагается, что по Химке проходил торговый путь (возможно, что по Сходне (Всходне) «всходили» к водоразделу с Клязьмой, а по Хилке — спускались от него). Согласно данным XIX века, в Химке водились щуки, окуни, плотва, голавли. В жару река почти пересыхала и при ширине в 2 сажени (4 м) глубину имела в 3 вершка (ок. 13 см). В настоящее время по большей части бывшего русла реки Химки проходит канал им. Москвы. Верховья реки Химки сохранились в районе бывшей деревни Лобаново.
До конца 1920-х годов Химки в целом сохраняли характер дачной местности. В 1923 году в посёлке постоянно проживало 1 805 человек, а в 1926 году уже 2 876, они насчитывали (после слияния с дачным посёлком Петропавловским) 359 домов. Были открыты школа, библиотека, клуб, амбулатория, появилась пожарная команда. Школу первой ступени открыл в 1919 году бывший дворянин Владимир Михайлович Болотов, отказавшись от государственного жалования. В 1928 году школа была преобразована в школу крестьянской молодёжи — ШКМ), Болотов был директором и преподавателем в школе; располагалась она там, где сейчас находится вход в парк им. Л. Н. Толстого.С этого времени начинается промышленный рост Химок. В 1928 году была создана трикотажная артель, выросшая позднее в трикотажную бельевую фабрику. В связи с усилившимся строительством Никольский кирпичный завод стал работать круглый год, а не только сезон; с 1931 реконструирован. Тогда же была построена фабрика для изготовления мебели. Артель металлоизделий «Спартак» стала большим предприятием, и посёлок рабочих артели превратился в Спартаковскую улицу. Появились новые жилые посёлки: Лобановский, Чкаловский, Центральный, Грабаровский, Первомайский и Мебельный.В 1932 году в Химках был основан авиационный ремонтный завод № 84 ГВФ.С 1937 Химки получают статус рабочего посёлка в связи с началом сооружения в городе авиационного завода № 301 (ныне НПО Лавочкина). По состоянию на 26 июня 1938 года посёлок насчитывал 21 тысячу человек.В 1939 году на Московской улице были построены два первых многоэтажных каменных дома.В 1950-е годы Химки стали одним из важнейших центров советской ракетно-космической отрасли. В городе располагались главные предприятия нескольких научно-производственных объединений оборонного назначения. В их числе КБ «Энергомаш», обеспечивавшее разработку ракетных двигателей межконтинентальных баллистических ракет и ракет-носителей космических аппаратов. МКБ «Факел» являлось головным предприятием по разработке зенитных ракет, включая ракеты для зенитных ракетных комплексов С-75 «Двина», 9К33 «Оса», С-125, С-200, С-300 и других. НПО им. Лавочкина занималось разработкой ракет класса «земля-воздух» и «воздух-воздух», крылатых ракет и широкого спектра космических аппаратов, в том числе лунохода. Кроме военно-космического направления в городе развивалось направление по разработке лесозаготовительной техники. Головным институтом считался ЦНИИМОД, затем ЦНИИМЭ (Московская 21).В 1970-х гг. в микрорайоне Левобережный, рядом с Московским государственным институтом культуры, было построено 9-этажное здание филиала Ленинской библиотеки (отделы газет, диссертаций и не пользующейся спросом литературы). В микрорайоне Новогорск находится головной ВУЗ МЧС — Академия гражданской защиты МЧС России.В 1984 году постановлением Совета Министров РСФСР значительная часть территории Химкинского района была передана Москве, включая земли вокруг Куркино, Молжаниновки и Ново-Подрезково. В результате этого Химкинский район оказался разделённым на две части территорией Москвы.