Район образован 13 января 1965 года из части Звенигородского района.
27 декабря 1968 года был образован р.п. Кубинка. При этом упразднён Кубинский с/с. Тогда же были упразднены Акуловский и Улитинский с/с. Образован д.п. Лесной Городок.
28 марта 1977 года на территории, переданной из Рузского района, был образован Крымский с/с. На следующий день был образован Волковский с/с.
3 февраля 1994 года сельсоветы были преобразованы в сельские округа.
9 августа 2004 года образованы р.п. Большие Вязёмы, Заречье и Новоивановское. Д.п. Немчиновка был преобразован в сельский населённый пункт, а р.п. Голицыно и Кубинка получили статус города. 1 сентября д.п. Дубки был преобразован в сельский населённый пункт. 6 сентября та же участь постигла д.п. Жаворонки.
В 2005 году в ходе муниципальной реформы Одинцовский район получил статус муниципального образования (муниципального района) и был разделён на 16 самостоятельных муниципальных образований.
1 июля 2012 года в рамках проекта расширения Москвы части территории четырёх поселений района (Барвихинское, Новоивановское, Успенское, Ершовское) были переданы Москве, образовав отдельные площадки Конезавод, ВТБ, Сколково, Рублёво-Архангельское (последняя — с частью из Красногорского района) ЗАО Москвы. В результате территория района включила новый крупный анклав, а некоторые поселения распались на две несвязанные части.
Кстати сейчас все больше людей стремится купить квартиру одинцовский район, так как это наиболее чистое, комфортное и не слишком дорогое направление новой Москвы.