新石器时代，今坪山地域即有人类居住（2000年深圳市第二次文物普查，在沙湖夹圳岭发现新石器时代晚期遗址）。先秦时期，坪山地域属于百越地。秦代，秦始皇三十三年（公元前214年）平定岭南，在南越地设置南海、桂林、象三郡，至汉代，坪山地域一直属南海郡博罗县管辖。东晋，咸和六年（331年）建立东官郡，下辖宝安、博罗等县，坪山地域属东官郡博罗县管辖。南朝梁，天监六年（507年），东官郡改东莞郡，又析南海郡置梁化郡，析博罗县置欣乐县，归梁化郡管辖，坪山地域属梁化郡欣乐县管辖。南朝陈，祯明三年（589年），欣乐县改为归善县，坪山地域属归善县。隋代，梁化郡改为循州。至唐代，坪山地域属循州归善县。五代南汉，循州改为祯州。坪山地域属祯州归善县。宋代，仁宗（赵祯）天圣四年（1026年），因避“祯”字讳，改祯州为惠州。至中华民国初，坪山地域属惠州府归善县。清代，清康熙二十三年（1684年）至乾隆四十五年（1780年），曾、张、黄、戴四姓的客家人，先后从广东兴宁、韶关和福建等地迁居“东头岭山”周围，即今坪山办事处大万世居、六联村一带。因当地地势较为平坦，仅东南部有一较高的田头山，其余均为低矮山丘或平地，故名“坪山”。中华民国时期，民国元年（1912年）归善县改为惠阳县，坪山地域属惠阳县。民国20年（1931年）8月，惠阳始设区、乡、镇建置区划，坪山地域设立第八区坪山镇，自此，坪山地域始有独立建置。民国26年（1937年）9月，惠阳县裁撤区公所，实行区乡制。坪山地域属第二区坑梓乡，坑梓第一次有乡的建制。民国31年（1942年），坪山地域属第二区坑梓乡。中华人民共和国成立后，1949年10月，坪山地域属惠阳县龙岗区（二区）坪山、坑梓乡。1951年11月，惠阳县划分小区小乡，坪山地域属惠阳县第四区（坪山）。1957年 12月，惠阳县开始撤区并大乡，坪山地域属惠阳县坪山乡。1958年11月，惠阳县划出坪山、大鹏和龙岗3个公社（20个生产管理区）归宝安县管辖。坪山地域属宝安县坪山公社。1961年7月，宝安县划分为5个大区，坪山属葵涌区坪山公社。1963年1月，撤区并社，坪山属宝安县坪山公社。1966年5月，坪山公社并入龙岗公社。坪山地域属宝安县龙岗公社。1976年12月，龙岗拆分坪山公社。坪山地域属宝安县坪山公社。1979年1月，宝安县改为深圳市，坪山地域属深圳市坪山公社。1981年10月，深圳经济特区外恢复宝安县建置（仍归深圳市领导），坪山地域属宝安县坪山公社。1983年7月，宝安县撤销“政社合一”的人民公社建制，改人民公社为区，大队为乡。1984年2月，坪山地域属宝安县坪山区，辖坪山、金龟、马峦、石井等16 个乡。1986年10月，宝安县改区乡建制为镇、村建制，坪山地域属宝安县坪山镇、坑梓镇。1993年1月1日，宝安撤县建立由深圳市直辖的两个区（宝安区、龙岗区），坪山属龙岗区坪山、坑梓镇。1994年7月，成立龙岗大工业区筹建领导小组。1997年7月，设立深圳市龙岗大工业区管理委员会。2001年3月，撤销龙岗大工业区管理委员会，设立深圳市龙岗大工业区（广东深圳出口加工区）管理委员会。2002年6月，更名为深圳市大工业区（广东深圳出口加工区）管理委员会，确定包括坪山镇和坑梓镇的39.57平方千米为管理范围线。2004年，深圳市撤销坪山、坑梓两镇，分别设立坪山街道、坑梓街道。2009年6月30日，深圳市大工业区和龙岗区坪山街道、坑梓街道整合，成立坪山新区，组建中共深圳市坪山新区工作委员会、坪山新区管理委员会、中共坪山新区纪律检查工作委员会，撤销原深圳市大工业区管委会，保留广东深圳出口加工区管委会牌子。2016年9月14日，国务院同意设立深圳市坪山区。2016年10月11日，深圳市民政局深民函（〔2016〕1228 号）批复，同意坪山、坑梓2个办事处分设为坪山办事处、坑梓办事处、龙田办事处、石井办事处、马峦办事处和碧岭办事处。2017年1月7日，坪山区正式挂牌成为行政区。