原密云县城南15千米处有一高山，终年云雾缭绕，故名密云山（现丰宁县云雾山）。县名来自山名。燕昭王二十九年（公元前283年），燕大将秦开击退东胡，收复密云地区，并在此地设郡，郡址在今密云县统军庄村南的南城子。因其位于渔水（现白河）之阳，故称之为渔阳。这是文字记载县境内最早的行政建制，故密云县被称之为渔阳古郡。
秦县境内设渔阳郡、渔阳县，郡县同址。密云县域内建县始于此。西汉时期，县境内为渔阳郡的渔阳、犷平、宰奚三县分治。西晋初，郡、县均废，改属燕国，后又复郡、县之置。东魏元象元年（公元583年），密云地区始寄治渔阳县境内，同时寄治的还有安州及所属密云、安乐、广阳3郡7县。密云之名始于此。密云县原建于河北丰宁县境内，治所在丰宁县大阁镇东北的南关村。
隋开皇十八年（公元598年），县域内置檀州（今不老屯镇燕乐村），辖密云、燕落二县。后为州、为郡、为县，数度兴废。明洪武元年（公元1368年）省檀州入密云县。永乐元年改北平府为顺天府，密云县隶之。雍正六年改密云县直属顺天府北路厅。民国初废顺天府，改称京兆，密云县属京兆；1928年废京兆，改隶河北省。1948年属河北省通县专区。1958年改属河北省承德专区。同年划归北京市所辖（1958年10月20日国务院全体会议第81次会议决定）。
2015年10月13日，国务院（国函[2015]182号）批复同意撤销密云县，设立北京市密云区，以原密云县的行政区域为密云区的行政区域，密云区人民政府驻鼓楼街道鼓楼西大街3号。
1996年，密云县面积2226.5平方千米，人口42.3万人，满、回、蒙古等少数民族人口占4.6%。辖12镇6乡和1个满族蒙古族乡：不老屯镇、冯家峪镇、高岭镇、古北口镇、河南寨镇、巨各庄镇、密云镇、穆家峪镇、十里堡镇、太师屯镇、西田各庄镇、溪翁庄镇、北庄乡、大城子乡、东邵渠乡、番字牌乡、石城乡、檀营满族蒙古族乡、新城子乡。县政府驻密云镇。
2000年，撤销大城子乡，设立大城子镇。调整后，密云县辖13个镇、6个乡（其中1个民族乡）：密云镇、河南寨镇、十里堡镇、西田各庄镇、溪翁庄镇、穆家峪镇、巨各庄镇、大城子镇、太师屯镇、古北口镇、高岭镇、不老屯镇、冯家峪镇、东邵渠乡、番字牌乡、北庄乡、新城子乡、石城乡、檀营满族乡。（347个行政村）
2000年第五次人口普查，密云县总人口420019人，其中：密云镇104863人、穆家峪镇30687人、河南寨镇23739人、溪翁庄镇22622人、西田各庄镇39791人、十里堡镇22027人、巨各庄镇24750人、大城子镇15877人、太师屯镇32937人、高岭镇17656人、古北口镇9254人、不老屯镇22411人、冯家峪镇6039人、东邵渠乡13416人、北庄乡9141人、新城子乡10810人、番字牌乡3937人、石城乡5956人、檀营乡4106人。
2001年11月13日，京民划函[2001]475号批准同意撤销北庄乡、石城乡、东邵渠乡、新城子乡，设立北庄镇、石城镇、东邵渠镇、新城子镇；撤销番字牌乡，并入冯家峪镇。
2002年末，密云县面积2227.4平方千米，人口41.8万人。辖17个镇、1个乡：密云镇、溪翁庄镇、西田各庄镇、十里堡镇、河南寨镇、巨各庄镇、穆家峪镇、太师屯镇、高岭镇、不老屯镇、冯家峪镇、古北口镇、大城子镇、东邵渠镇、北庄镇、新城子镇、石城镇、檀营满族蒙族乡。共有66个社区、343个行政村。县政府驻密云镇。
2005年，对县城地区进行了行政区划调整，设立鼓楼街道、果园街道和檀营地区办事处。2005年末，密云县户籍人口42.5万人。2006年末，总面积2229.45平方千米，常住总人口45万人，其中外来人口4.1万人。
2007年，全县辖2个街道、17个镇、1个民族乡（同时设立地区办事处）：鼓楼街道、果园街道、檀营地区（檀营满族蒙古族乡）、密云镇、溪翁庄镇、西田各庄镇、十里堡镇、河南寨镇、巨各庄镇、穆家峪镇、太师屯镇、高岭镇、不老屯镇、冯家峪镇、古北口镇、大城子镇、东邵渠镇、北庄镇、新城子镇、石城镇。共有65个社区、338个行政村。