1952年8月之前，海淀区分属宛平、大兴，延庆，昌平四个县。
元代，海淀地区南半部大体属宛平县，北半部大体属昌平县。
明代，海淀地区仍分属宛平县、昌平州 。宛平与昌平的分界在海淀区双泉堡。万历二十年（1592) ，在海淀地区内，自西埠头南侧起，沿高里掌、温泉村、白家滩、黑龙潭等地北侧向东经金山口、青龙桥、沿清河河道至清河村一线，以北属昌平州，以南属宛平县。
清末昌平、宛平县地图
清代，今海淀区南半部和温泉、冷泉、北安河以南隶属于宛平县，北半部隶属于昌平州。
清晚期，宛平县与昌平州分界线为：西北自西埠头南侧起沿草厂、高里掌 、辛庄、温泉 、白家疃、冷泉、武家庄、后厂、唐家岭、回龙观、黄土村等地北侧一线，至潘庄东侧，回龙观以南、西三旗、清河小营、清河镇属昌平州。永泰庄、河北村属宛平县。
苏家坨地区的前、后沙涧一带为延庆州飞地。前、后沙涧原为明代延庆卫的军屯。乾隆二十六年（ 1761) 延庆卫并入延庆州，前、后沙涧即成为延庆州的属地（飞地）。
民国宛平与昌平地图
1932年，宛平、昌平两县分界线，西北自西埠头以北起，东南至温泉村；东段西起百望山，东至回龙观、黄土北店北侧和潘庄东侧折向西绕过西三旗、清河小营，再向东至永泰庄和河北村。
1948年宛平县与昌平分界（国民党河北省政府）
抗日战争时期，平西抗日根据地将昌平与顺义两县合并管理，称昌顺县。
1949年1月,共产党解放区将宛平县、昌顺县划归察哈尔省管辖。
1949年10月，废除“昌顺县”名称，恢复昌平县。上庄地区的大玉河分为北大玉河、南大玉河（ 后称北玉河、南玉河） ，小玉河分为东小玉河、西小玉河（ 后称东玉河、西玉河） ，六里屯分为东六里屯、西六里屯。昌平县在今海淀区境内有46 个村。
1952年7月，河北省宛平县全县及房山、良乡两县部分地区划归北京市。明清民国时期的宛平县范围包括今北京西城区、丰台区、石景山区、海淀区、门头沟区之全部或大部。1952年，宛平县由河北省划归北京市，撤销县的建制，其原辖地区先后分别划入丰台区、京西矿区（门头沟区）、房山县（区）、大兴县（区）、海淀区、石景山区。
1952年8月，北京市取消按数字命名市辖区的办法，将郊区划为东郊区（原第十区）、海淀区（原第十三区）、石景山区（原第十五区）等区。撤销第十四区，该区原辖域以德胜门至清河镇的京昌公路为界，其东划归东郊区（原第十区），其西（包括清河镇）划归海淀区。 1953年，河北省昌平县将390 个行政村调整合并为110 个乡。其中涉及今海淀区辖域的49个村并为14 个乡：前柳林乡（ 前柳林、后柳林、西小营合并）、常乐乡（ 常乐、大马坊、小马坊合并）、白水洼乡（ 白水洼、梅所屯、西闸、双塔合并）、后章村乡（ 前章村、后章村、西辛力屯、八家合并）、苏家坨乡（ 苏家坨一、二、三、四村、三星庄合并）、皂甲屯乡（ 南玉河、北玉河、皂甲屯、永太庄、东小营、上庄合并）、东埠头乡（ 杨家庄、太舟坞、东埠头合并）、唐家岭乡（ 唐家岭、 二拨子、 回龙 观、土井合并）、永丰屯乡（屯佃、永丰屯、大牛坊合并）、六里屯乡（ 东六里屯、西六里屯、亮甲店合并）、皇后店乡（ 皇后店、小牛坊、小辛店、东玉河、西玉河合并）、五区河北村乡（ 陈家营、南马坊、河北村合并）、六区聂各庄乡（ 台头、聂各庄、梁家园、车耳营合并）、后沙涧乡（ 前沙涧、后沙涧合并）。另外，东小口乡的芦村、单家村以西部分土地划给新都砖瓦厂用地，现属海淀区。
1956年2月，河北省昌平县划归北京市，更名为昌平区。昌平区将109 个乡（高丽营乡划归顺义县），调整为30 个乡、2 个镇。其中涉及今海淀区辖域的有6 个乡。
1958年，昌平县将即唐家岭乡、永丰屯乡（原皇后店乡、永丰屯乡、六里屯乡、东埠头乡合并）、苏家坨乡（ 原柳林乡、苏家坨乡、常乐乡合并）、白水洼乡（ 原后章村乡、白水洼乡、皂甲屯乡等合并）、东小口乡（ 原河北村乡并入）、阳坊乡（ 原聂各庄乡、沙涧乡并入）划归海淀区。
1963年1月1日，原属昌平县的台头村、梁家园村划归海淀区，至此，海淀区与昌平县的辖域完全形成。
海淀区域固定以后，自香山北部打鹰洼起沿三炷香、黄道岭、寿安山、天光寺山、三昭山、黑山头至百望山这条大致东西走向的西山支脉，成为海淀区南、北两部分的天然分界。南半部习称“海淀山前”，北半部习称“海淀山后”。
