广州市白云区原为广州市郊区，其辖区地段历史悠久。商周朝代归属百越；秦始皇三十三年（公元前214年）归属南海郡番禺县；三国东吴时归属广州。明清朝代，归属番禺县慕德里巡检司、鹿步巡检司、南海县金利司、三江司。民国十三年（1924年），孙中山以大元帅命令核准广州市区域东至东圃、车陂，南至河南黄埔（村），北至白云山脚，西至增埗对河两小岛。民国二十年（1931年），番禺县属有部分村庄划入广州市。民国二十六年（1937年）六、七月旬，广州市区扩大，北郊、西郊和东郊原来归属番禺县、南海县的彬社、公和、敦和、崇文、沥滘、车陂、石牌、冼猎杨、龙洞堡、上下恩洲划归广州市管辖。旋即全面抗日战争爆发，翌年10月，广州市沦陷。划入广州市的十个乡仍划归番禺、南海两县管辖。直至抗日胜利以后，1947年，广州市乃将十乡归市属列为郊区，设恩洲、龙洞堡、石牌、冼猎杨、彬社、公和、敦和、崇文、沥滘、崇文9个郊区。民国三十七年（1948年）7月，市政府第55次会议议决将市郊9个区调整为6个郊区。

新中国成立后，广州市人民政府于1949年11月第一次进行市属区域调整。郊区调整为南岸、三元里、沙河、石牌、新洲、沥滘、芳村7个行政区。1951年6月，7个郊区又调整为新滘、芳村、西村、白云4个郊区。1953年6月，黄埔区从番禺划入广州市属。1954年6月，又将4个郊区合并为新滘、白云、黄埔3个郊区。1956年6月，将新滘、白云、黄埔3个郊区合并为广州市郊区，下辖16个乡、2个镇、3个街道办事处。

1958年1月，为把广州市建成工业生产城市和华南工业基地，广东省政府决定将番禺县珠江河以北地区划给广州市领导，番禺县属南岗、萝岗、黄陂、石井、江村、神山、嘉禾、龙归、太和、岗楼、蚌湖、鸦湖、同文、良田、竹料、钟落潭、九佛17个乡，1个镇（江高镇），23个墟市，474条自然村，344个农业生产合作社，总人口319966人，土地面积817.61平方公里；与增城县镇龙乡兴丰、四维、登洪、穗丰4个农业生产合作社的28个自然村，人口3828人，土地面积31平方公里，一同划入广州市郊区。同年8月，郊区成立12个人民公社。年底，为解决城市对农副产品及工业原料的需求矛盾，中共广东省委和广州市委于11月决定将郊区人和、太和、竹料、钟落潭4个公社划出与花县合并为广北县。原郊区所属三元里、鹤洞、江村、石井、沙河、新滘、黄埔。萝岗8个公社划为近郊，成立近郊党委。这是建国后第一次撤消了广州市郊区。

1959年3月，由于国务院没有批准广北县的设置，原郊区划出给花县4个公社划回郊区，撤消了近郊党委，恢复广州市郊区的设置。4月，南海县盐步公社的海北、沙凤、龙溪大队全部与秀水、黄歧大部分；平洲公社的海中、南海等大队部分地区、里水公社的横沙生产大队，共1648人口，耕地22493亩划入广州市郊区。

1960年6月，城市人民公社化运动开展后，撤消了郊区，成立黄埔、江村2个以工矿企业为中心的人民公社。7月改为区，这时原属郊区的三元里、石井、沙河、新滘分别划给市的4个市中心区管辖。

1962年5月，为了贯彻郊区工作“以菜为纲”方针，解决大城市几百万人的蔬菜与副食品供应，市政府决定将芳村、江村、黄埔3个区合并成立郊区。

1965年3月，郊区人和、江村、石龙3个公社及江高镇、雅瑶农场划给花县。1967年1月又重新划回郊区。

1973年5月至1975年5月，原黄埔公社7个大队与萝岗公社7个大队从郊区划出组成黄埔区。

1985年5月，原郊区所属沙河、东圃2个区公所和五山、员村、沙河、车陂4个街道办事处划出成立天河区。原郊区所属鹤洞区公所和白鹤洞街、芳村街划出成立芳村区。

1986年5月，原郊区所属新滘区公所和赤岗街划给珠海区。

1987年1月，国务院批准，广州市郊区更名为白云区，列入城区建制。现辖石井、新市、江高、人和、蚌湖、龙归、神山、雅瑶、萝岗、同和、太和、竹料、钟落潭、九佛、良田15个镇，三元里、矿泉、松洲、景泰、同德5个街道办事处和一个渔业联社，有村民委员会183个，居民委员会80个。

1987年8月，天河区同和镇及其所属的行政区域范围划归白云区管辖。同和镇的行政区域范围，除原管辖的同和、京溪两个村外，新市镇管辖的东平、永泰和三元里街管辖的柯子岭村划归同和镇管辖。

1988年11月，设置雅瑶镇，管辖原神山镇所属雅瑶村、雅瑶旧村、邝家庄、三向、岑境五条村。撤销槎头街，设置松洲街。石井镇螺溪村、河沙村、坦尾村划归松洲街管辖。12月，设置景泰街。管辖广园、景泰、云苑等新居民区。

1994年11月，设立同德街道办事处。同德街以同德村为基础，同德村从石井镇划出。

1995年4月，设置良田镇。竹料镇的良田、白沙、金盆、安平、光明、陈洞、华坑、沙田等八条村的行政区域划归良田镇管辖。

1999年8月，设立黄石街道办事处。黄石街管辖原新市镇的江夏、陈田2个村委会和江夏、外语学院2个居委会及原石井镇马务村的黄石花园和祥景花园2个小区。

2000年4月，设置新景街道办事处，管辖原新市镇的棠涌、萧岗2个村委会和白云、棠涌、萧岗、汇侨、南航新村5个居委会；设置棠景街道办事处，管辖原新市镇的棠溪、远景2个村委会和远景、合益、棠溪、新市一、新市二、侨爱苑6个居委会。

2000年9月，原市农工商集团公司12个村民委员会移交白云区管理。景泰街办事处接收柯子岭村；同和镇政府接收京溪村、同和村、永泰村、东平村；萝岗镇政府接收黄陂村、八斗村华沙村；九佛镇政府接收山龙村、迳下村、红卫村、长庚村。

2000年11月，白云区西郊、河沙、坦尾村划入荔湾区。

2001年6月，撤销同和镇，设立同和街、京溪街、永平三个街道办事处，从7月10日起正式运作。

2002年8月，撤销石井镇，设立石井、金沙两个街道办事处。石井镇从7月1日起停止运作。

2002年8月，撤销新市镇，设立嘉禾街、均禾两个街道办事处。新市街从7月1日起停止运作。

2002年8月8日起，撤销蚌湖镇，其行政区域并入人和镇。

2002年9月26日起，雅瑶镇划归花都区管辖。

2003年4月，撤销萝岗镇，设置萝岗街道办事处。5月，萝岗街道办事处辖内行政事务移交广州经济技术开发区管委会管理。7月，新景街道办事处更名为新市街道办事处。

2004年我区进行镇级行政区划调整，从6月8日起，神山镇政府停止运作,并入江高镇;龙归镇政府停止运作,并入太和镇;竹料镇、良田镇、九佛镇停止运作,并入钟落潭镇。

2005年7月，为配合广州市行政区划调整，将钟落潭镇九佛片(原九佛镇)划归新成立的萝岗区管辖,在8月15日前完成交接。矿泉街划归越秀区管辖,在8月31日前完成交接。广州市统一从8月1日进行整体移交。