Vanløse omtales første gang i skriftlige kilder i 1186 som en af de lokaliteter, som biskop Absalon havde fået overdraget af kong Valdemar den Store og testamenterede til Roskilde bispestol. Landsbyen fik ikke egen kirke i middelalderen, men udgjorde en del af Brønshøj Sogn.
Vanløse med tilhørende marker og andet tilliggende afgrænsedes af Damhus Sø, Kildeåen, Harrestrup Å, Grøndals Å, nuværende Borups Allé, nuværende Bellahøjvej samt et uregelmæssigt forløb mod nord, der på sin sidste strækning følger nuværende Slotsherrensvej.
I modsætning til Valby blev Vanløse i middelalderen ikke gennemskåret af større færdselsårer, men lå nærmest lidt afsides og blev derfor ikke i videre omfang berørt af større ydre omskiftelser. Sidst i 1300-tallet hørte byen og dens jorder ikke længere til bispegodset, men var overgået til kronen.
Oplysningerne om Vanløses tidlige historie er generelt få og spredte. I 1436 regnedes landsbyen med tilhørende marker for en af de større og vurderedes senere til 111 tønder hartkorn. Ud over landsbyen var der kun spredtliggende gårde i området. Efter Reformationen fik kongens sekretær den i forlening, først Henrik Holck, senere – fra 1538 – Antonius Bryske. Frederik 2. erhvervede sig yderligere flere gårde i Vanløse ved mageskifter, men synes i øvrigt fra tid til anden at have mageskiftet gårde i Vanløse med gods i Jylland. I 1581 tilhørte seks af byens gårde Helligåndshospitalet i København, det senere Vartov Hospital.
Egnen var meget vandrig, og af hensyn til afgrøderne blev det i 1664 pålagt bønderne i hele Københavns Len at grave en grøft fra Harrestrup til Vanløse. Det resulterede bl.a. i en regulering af Harrestrup Å, mens Damhus Sø opfangede de øgede vandmængder, som den forbedrede vandføring medførte. Ved flere dæmninger, anlagt af Christian 4., blev søen efterhånden gjort til et vandreservoir for København. Her opførtes Ålekistehuset til opsynsmanden.
Under svenskekrigene 1658‑60 blev Vanløse meget ødelagt; kun to stuehuse skulle have overlevet, og kongen måtte pantsætte sin andel af landsbyen for at skaffe sig penge til krigsførelsen, men indløste den kort efter. Københavns statholder, Christoffer Gabel, erhvervede derpå alle Vanløses gårde, men i 1676 solgte hans søn dem til kongens jægermester, Vincents Hahn.
Der var oprindelig ti gårde i landsbyen, de fleste helgårde, enkelte halvgårde. Ved Christian 5.s matrikulering 1688 var der ti gårdmænd i byen. Nogle af gårdene må senere være blevet delt, da antallet af gårdmænd i 1780 blev opgjort til 14. Landsbyens gårde lå i en lang række øst for Damhus Søs nordlige del, den del, der ved opstemning senere blev til Damhusengen. På den modsatte side af søen lå landsbyen Rødovre, hvis kirke således lå meget nærmere Vanløse end byens retmæssige sognekirke i Brønshøj.
Ved de store landboreformer sidst i 1700-tallet blev Vanløses gamle struktur helt ændret. Fællesskabets vange med mange markstrimler under landsbyens gårde blev afløst ved en udstykning af samlede jordstykker til de enkelte gårde. En del af gårdene blev udflyttet, så de kom til at ligge bekvemt i forhold til gårdens jord. I Vanløse blev de 14 gårdmænd i 1780 enige om, hvordan udskiftningen skulle ske: Bymarken blev delt i to store halvdele med en nyanlagt vej fra Ålekistehuset i syd til Skjulhøj i nord (i dag Ålekistevej), syv lodder vest for vejen og syv lodder øst herfor. Lodderne blev fordelt ved lodtrækning. Den gamle landsby, hvor tre af gårdene endnu lå, blev sat i forbindelse med Ålekistevej ved en nyanlagt »Byvej«, nu Vanløse Byvej. Selve udflytningen foregik mellem 1782 og 1813. De udflyttede gårde fik efterhånden faste navne: Søgaarden, Vanløsehøj, Rosenlund, Kirkegård, Hyltegård, Bygården og Katrinedal; disse navne afspejles endnu i de nyere vejnavne og andre lokaliteter. I dag er der i den gamle landsbygade Toftøjevej kun en enkelt gård tilbage.
Flere af gårdene blev ikke længe efter udskiftningen købt af velhavende københavnske borgere, der etablerede sig med landstedslignende nybygninger. Således blev Hyltegård i 1808 købt af bogholder ved Københavns Fattigvæsen Henning August, der beholdt den til sin død. Efter ham fik den senere navnet Bogholdergården, og mens hovedbygningen, der er blandt bydelens ældste, er bevaret, er den store have for længst udstykket til villagrunde. Adgangen til Bogholdergården var oprindelig via en stikvej fra Ålekistevej, den nuværende Klingseyvej, der slog et knæk sydpå mod Grøndals Å, i dag den sydlige del af Jernbane Allé. Først i 1898 blev Jernbane Allé ført igennem til Jyllingevej.
I 1801 lå befolkningstallet på 85 og var i 1880 på 300.
Med anlæggelsen af Frederikssundbanen i 1879 blev jernbanen ført gennem bydelen, og i 1898 åbnede Vanløse Station. Der opførtes efterfølgende nogle boliger, bl.a. nær stationen.
Sidst i 1800-tallet blev en stor del af de gamle landbrugsjorder omdannet til gartnerier. Begyndelsen blev gjort i 1837, da gartner J.H. Thorup købte en af landsbyens gårde og anlagde et gartneri her. Senere fulgte andre gårde efter. Ved år 1900 var antallet af gartnerier i Vanløse steget til over 50, og dette antal holdt sig næsten til 1930, hvorefter en egentlig byudvikling tog over.
I 1901, da befolkningstallet var 1.085, blev Vanløse tillige med en lang række andre områder indlemmet i København, og en helt ny udvikling blev indledt. Allerede i 1916 var befolkningstallet steget til 3.405.
Den nye bydel kom til at bestå af det gamle Vanløse samt dele af Husums, Brønshøjs og Utterslevs jorder. De gamle landbrug blev efterhånden afløst af beboelsesområder. Som noget særegent for Vanløse skete det ofte med etagebygninger langs hovedgaderne og villaer og småhuse i karréernes indre.
Byplankonkurrencen i 1908 fik væsentlig betydning for bebyggelsesmønsteret frem til 1. Verdenskrig, og der blev både bygget en række etagebebyggelser og villaer. Herefter og frem til ca. 1950 fandt den store udbygning af bydelen sted med bl.a. havebyen Grøndalsvænge og rækkehusbebyggelser som ZigZag-husene og Bakkehusene. Fra 1950 kan Vanløse betragtes som færdigudbygget.
Infrastrukturen blev udbygget i 1900-tallet. S-togslinjen Frederiksberg-Hellerup 1934 knyttede Vanløse til den elektriske nærtrafik, der suppleredes med København H-Vanløselinjen i 1941, forlænget til Ballerup i 1949, og Vanløse Station blev dermed en af byens travleste. Samtidig åbnedes Jyllingevej Station.
Bydelen fik sin første kirke i 1909. Det var Vanløse Kirke på Ålekistevej, og Vanløse blev nu et selvstændigt sogn. I 1915 opførtes Vanløse Skole i området vest for Ålekistevej, og i nærheden af skolen indviedes den store Vanløse Idrætspark i 1942. I 1928 opførtes Grøndalskirken, og som følge af det voksende befolkningstal var der behov for flere kirker: Adventskirken opførtes 1942‑44, og i 1960 indviedes Hyltebjerg Kirke; byggeriet her var dog allerede blevet indledt i 1944 på lokalt initiativ. Ligeledes var det nødvendigt at opføre flere skoler, bl.a. Katrinedals Skole (1934), Kirkebjerg Skole (1940‑43) og Rødkilde Skole (1948).
Bydelen Vanløse var først og fremmest domineret af bebyggelser, og der anlagdes ingen større industrivirksomheder, men området var præget af mindre industri og småhåndværk. Som en undtagelse kan nævnes, at der på Apollovej i flere år lå nogle af landets største producenter af radio, tv og højttalere. Den største var Televox, der fungerede fra 1930’erne til 1950. I 1930’erne og 1940’erne opstod der nogle mindre industrivirksomheder især omkring jernbanen og Vanløse Station samt vest for Jernbane Allé, fx H. & K. Lübckes elektrotekniske fabrik og Vanløse Forchromningsanstalt. Industrierne omfattede desuden snedker- og maskinværksteder, autoværksteder og trykkerier.
Fra slutningen af 1940’erne og i 1950’erne skete der en betydelig vækst i industrivirksomheder i området omkring Skjulhøj. Især mindre maskinfabrikker og snedkerier etableredes, men også her lå autoværksteder og fra 1960’erne desuden autolakerere.
Fra ca. 1975 og frem blev der ikke opført nye bygninger af større betydning; udviklingen var derimod præget af byfornyelse og ændringer inden for den eksisterende bygningsmasse.
