Huyện Từ Liêm được thành lập năm 1961 trên cơ sở quận 5, quận 6 và một số xã của huyện Hoài Đức, Đan Phượng (Hà Tây cũ). Ngày 27/12/2013, huyện Từ Liêm được chia thành hai quận Nam Từ Liêm và Bắc Từ Liêm với 23 phường.
Quận Bắc Từ Liêm có diện tích 43,35 km2, được thành lập từ các xã Thượng Cát, Liên Mạc, Tây Tựu, Thụy Phương, Minh Khai, Phú Diễn, Đông Ngạc, Xuân Đỉnh, Cổ Nhuế; một phần của xã Xuân Phương và thị trấn Cầu Diễn.
Huyện Từ Liêm được chia thành hai quận Nam Từ Liêm và Bắc Từ Liêm.
Quận Nam Từ Liêm có diện tích 32,27 km2, được thành lập trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số các xã Mễ Trì, Mỹ Đình, Trung Văn, Tây Mỗ, Đại Mỗ; một phần xã Xuân Phương và thị trấn Cầu Diễn. Khu liên hợp thể thao quốc gia, trong đó có sân vận động quốc gia Mỹ Đình, thuộc quận này.
Sau khi mở rộng, huyện Từ Liêm trở thành khu vực trung tâm của Hà Nội với hàng loạt khu đô thị, trung tâm hành chính, thương mại. Về địa lý, huyện Từ Liêm hiện nay tiếp giáp hai huyện Hoài Đức, Đan Phượng về phía tây; giáp quận Cầu Giấy, Tây Hồ, Thanh Xuân về phía đông; giáp quận Hà Đông về phía nam và giáp huyện Đông Anh về phía bắc.