История района Солнцево в Москве начинается с XVII века, когда на его месте располагалась деревня Суково, принадлежавшая князьям Трубецким. В XVIII веке земли перешли к графам Орлову и Румянцеву по дару Екатерины II, но позже вернулись в государственное владение.
В XIX веке рядом с деревней проложили Брянскую железную дорогу, на которой появилась станция Суково (сейчас — Солнечная). С этого времени Суково стало популярным дачным местом: крестьяне приспосабливали свои дома под дачи, строили новые. По сведениям 1926 года, в Сукове проживало около 400 человек, большинство из них — железнодорожники, ремонтники и рабочие московских предприятий.
Судьба этих мест изменилась после принятия в 1935 году Генерального плана строительства и реконструкции Москвы. В столице сносили ветхое жильё, а жителей переселяли в новые кварталы. Однако жилья не хватало, и многие москвичи предпочли поселиться в собственных домах поблизости от столицы. В 1937 году рядом с деревней Суково выделили территорию для застройки. К концу 1938 года здесь построили около 300 индивидуальных домов, где поселилось почти 2500 человек. 26 сентября 1938 года новое поселение официально переименовали в Солнцево и отнесли к дачным посёлкам.
Существует несколько версий происхождения названия. По одной из них, жители нового посёлка в жаркие августовские дни 1938 года сошлись на этом имени. По другой — название связано с архитектором Ф. Г. Солнцевым, приглашённым для участия в строительстве усадьбы Лукино. Ещё одна версия связывает название с итальянцами Соляри, фамилия которых переводится как «солнечные», поселившимися в Саларьево.
В предвоенные годы посёлок продолжал развиваться: к концу 1940 года в нём насчитывалось свыше 400 домов и более 4 тысяч жителей. Великая Отечественная война затормозила развитие, но уже в первые послевоенные годы строительство возобновилось. С этого времени Солнцево формировалось как посёлок строителей, работавших на московских стройках.
В 1948–1953 годах трест «Особстрой» (позднее — Главмосстрой) построил здесь 148 одно- и двухэтажных каркасно-засыпных жилых домов для московских рабочих-строителей. Именно поэтому одна из улиц района называется улицей Главмосстроя. В 1959 году трест «Севводстрой» (позднее — Главмосинжстрой) возвёл 33 четырёх- и пятиэтажных дома для 7 тысяч рабочих-строителей Западной водопроводной станции. К 1959 году население Солнцево достигло 13,8 тысяч человек.
В апреле 1969 года Солнцево отнесли к категории посёлков городского типа, а 23 февраля 1971 года преобразовали в город областного подчинения. К концу 1970-х годов здесь проживало уже 61,2 тысячи человек.
В 1983 году город Солнцево передали в подчинение Мосгорисполкома, а 10 мая 1984 года Указом Президиума Верховного Совета РСФСР он был включён в состав Москвы. В новый Солнцевский район вошли территории рабочих посёлков Мещёрский, Внуково, дачных посёлков Переделкино и Чоботы, посёлков Здоровый Отдых, Лазенки и Лукино, деревень Орлово, Суково, Терёшково и Федосьино.
12 сентября 1991 года в связи с реформой административно-территориального деления Москвы Солнцевский район разделили на муниципальные округа Солнцево, Ново-Переделкино и Внуково, которые в 1995 году получили статус районов.
В 2024 году в результате административной реформы в район Солнцево из состава бывшего поселения Московский Новомосковского административного округа были переданы земли к северу от Киевского шоссе. На новых территориях оказались деревни Говорово и Румянцево вместе с одноимёнными станциями метро, а также микрорайон Татьянин Парк.