ท่าอากาศยานลอนดอนฮีทโธรว์ เริ่มให้บริการช่วงทศวรรษ 1930 (พ.ศ. 2473) ดำเนินการโดย Fairey Aviation ใช้สำหรับการผลิตและทดสอบการบินเป็นหลัก ชื่อของท่าอากศยานตั้งตามชื่อของหมู่บ้าน Heath row ที่ถูกทำลายไปจากการสร้างสนามบิน ซึ่งประมาณการว่าอยู่บริเวณที่อาคารผู้โดยสาร 3 ตั้งอยู่ในปัจจุบัน โดยในช่วงแรกยังไม่เปิดบริการแก่เที่ยวบินพาณิชย์ ซึ่งในขณะนั้นมีท่าอากาศยานยานโครยดอน เป็นท่าอากศยานหลัก

ฮีทโธรว์เปิดให้บริการการบินพาณิชย์ในวันที่ 31 พฤษภาคม พ.ศ. 2490 โดยมีทางวิ่ง 3 ทางวิ่ง พร้อมกับอีก 3 ทางวิ่งที่กำลังก่อสร้างตามแผนแม่บทดั้งเดิม ซึ่งใช้รองรับเครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์พิสตัน ที่ต้องการระยะทางวิ่งสั้นในการขึ้น-ลงจอด และสามารถขึ้น-ลงจอดในทุกสภาพของทิศทางลม ทางวิ่งผิวคอนกรีตอย่างรูปแบบในปัจจุบันเปิดใช้ในปี พ.ศ. 2496 โดยสมเด็จพระราชินีนาถอลิซาเบธ ที่ 2 และพระองค์ยังเสด็จมาเปิดอาคารผู้โดยสารหลังแรก อาคารยูโรปา (หรือที่รู้จักกันในปัจจุบันว่า อาคารผู้โดยสาร 2) ในปี พ.ศ. 2498 และหลังจากนั้นไม่นานนัก อาคารโอเชียนิก (อาคารผู้โดยสาร 3) ก็เปิดให้บริการ ส่วนอาคารผู้โดยสาร 1 เปิดใช้ในปี พ.ศ. 2511 ทำให้เกิดเป็นกลุ่มอาคารเต็มพื้นที่จุดศูนย์ของท่าอากาศยาน และเป็นข้อจำกัดในการขยายตัวในอนาคต

ที่ตั้งของท่าอากาศยานซึ่งอยู่ทางทิศตะวันตกของกรุงลอนดอนเป็นพื้นที่ที่ไม่เหมาะสมนัก เนื่องจากทิศทางของกระแสลม ทำให้หลายๆสายการบินจะต้องบินเลียดต่ำผ่านตัวเมืองเป็นช่วงเวลาทั้ง ร้อยละ 80 ของปี ในขณะที่ท่าอากาศยานสำคัญของประเทศอื่นๆในภูมิภาคยุโรป มักจะตั้งอยู่ทางเหนือหรือใต้ของตัวเมือง ทำให้ประสบปัญหาน้อยกว่า ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ ท่าอากาศยานอยู่เหนือระดับน้ำทะเลปานกลางเพียง 25 เมตร (83 ฟุต) ทำให้เกิดปัญหาเรื่องหมอกอีกด้วย

ในปี พ.ศ. 2520 รถไฟใต้ดินเมืองลอนดอนให้ขยายเส้นทางมาถึงฮีทโธรว์ เชื่อมต่อการเดินทางจากใจกลางกรุงลอนดอนกับท่าอากาศยาน

อาคารผู้โดยสาร 4 สร้างห่างออกจาก 3 อาคารผู้โดยสารแรกลงมาทางใต้ และเปิดให้บริการในปี พ.ศ. 2529 ซึ่งเป็นอาคารให้บริการหลักของสายการบินบริติชแอร์เวย์

ในปี พ.ศ. 2530 รัฐบาลสหราชอาณาจักรได้แปรรูปรัฐวิสาหกิจ การท่าอากาศยานอังกฤษ (British Airports Authority) มาเป็นบริษัทเอกชน BAA ซึ่งบริหารงานท่าอากาศยานฮีทโธรว์และท่าอากาศยานอื่นๆในสหราชอาณาจักรอีก 6 แห่ง

การก่อวินาศกรรม

• 19 พฤษภาคม พ.ศ. 2517 กลุ่ม IRA ให้วางระเบิดบริเวณลานจอดรถอาคารผู้โดยสาร 1 มีผู้บาดเจ็บ 2 ราย
• 17 เมษายน พ.ศ. 2529 พบระเบิด semtex ในถุงของสตรีที่กำลังตั้งครรภ์ชาวไอริช กำลังพยายามจะนำขึ้นเครื่องของสายการบินเอลอัล โดยระเบิดถูกส่งมอบมาจากแฟนหนุ่มชาวจอร์แดน ผู้ซึ่งเป็นพ่อของเด็กในท้อง
• พ.ศ. 2537 ฮีทโธรว์ตกเป็นเป้าหมาย 3 ครั้ง ในช่วงเวลา 6 วัน (8 มีนาคม, 10 มีนาคม และ 13 มีนาคม) โดยกลุ่ม IRA เนื่องจากท่าอากาศยานฮีทโธรว์เป็นเป้าหมายสำคัญในการทำลายเศรษฐกิจของอังกฤษ ทำให้ต้องหยุดทำการท่าอากาศยานไปหลายวัน และการคุ้มกันมีความเข้มงวดมากขึ้นเพราะว่าสมเด็จพระราชินีนาถจะเดินทางกลับในวันที่ 10 มีนาคม พอดี
• เดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2549 กองทัพบกอังกฤษ 1000 นาย เข้าตึงกำลังภายในฮีทโธรว์ เนื่องหน่ยวข่าวกรองรายงานว่า กลุ่มอัลกออิดะ อาจจะส่งจรวดระบิดโจมตีเครื่องบินของสายการบินสัญชาติอังกฤษหรืออเมริกัน ในวันที่ 6 พฤศจิกายน จึงได้ประกาศใช้มาตรการความปลอดภัยใหม่ มีผลบัลคับใช้กับผู้โดยสารทุกคนที่เดินทางออกจากท่าอากาศยานประเทศสหราชอาณาจักร
• 10 สิงหาคม พ.ศ. 2549 ได้ประกาศปรับแผนการรักษาความปลอดภัยให้มีความเข้มงวดมากขึ้น เพื่อป็องกันการโจมตีเที่ยวบินที่บินข้ามมหาสมุทรของกลุ่มอัลกออิดะ โดยกฎใหม่มีผลบังคับใช้ทันที และทำให้เกิดความล่าช้าและความไม่สะดวกสบายต่อผู้โดยสาร ซึ่งมาตรการเหล่านี้รวมถึงข้อห้ามการนำกระเป๋าขึ้นเครื่องโดยสาร ยกเว้นสิ่งของสำคัญเช่น เอกสารเดินทาง และอุปกรณ์หรือยารักษาโรค โดยของที่เป็นของเหลวทุกชนิดจะต้องทดสอบโดยผู้โดยสารคนนั้นที่จุดตรวจ ซึ่งต่อมาภายหลัง ได้มีการข้อผ่อนปรนสำหรับกรณียารักษาโรค และนมเด็ก
• 6 พฤศจิกายน พ.ศ. 2549 ได้ออกมาตรการใหม่ ให้บังคับใช้กับผู้โดยสารทุกคนที่เดินทางออกจากท่าอากาศยานของประเทศสหราชอาณาจักร โดยอนุญาตให้ของเหลวบางชนิดที่กำหนดไว้สามารถผ่านจุดตรวจเข้าไปได้ ส่วนของเหลวชนิดอื่นๆมีการกำหนดปริมาณที่สามารถนำขึ้นเครื่องโดยสารได้

อุบัติเหตุ

• 3 มีนาคม พ.ศ. 2491 Sabena Douglas DC3 Dakota ตกจากเพราะสภาพอากาศที่เป็นหมอก ลูกเรือ 3 คน และผู้โดยสารอีก 19 จาก 22 คน เสียชีวิต
• 1 สิงหาคม พ.ศ. 2499 เครื่องบินทิ้งระเบิด XA897 Avro Vulcan ของกองทัพอากาศสหราชอาณาจักร ตกที่ท่าอากาศยานฮีทโธรว์ หลังจากพยายามจะนำเครื่องขึ้นในสภาพทัศนวิสัยไม่ดี เดิมทีเครื่องบินลำนี้จะส่งมอบให้กับกองทัพอากาศสหราชอาณาจักร และกำลังกลับจากการบินสาธิตจากประเทศออสเตรเลียและนิวซีแลนด์ ทั้งนักบินและผู้ช่วยนักบินดีดตัวออกมาได้ทัน แต่นักบินอีก 4 คน เสียชีวิต
• 27 ตุลาคม พ.ศ. 2508 Vickers Vanguard G-APEE ของ British European Airway (BEA) บินมาจากอดินเบิร์ก ขณะที่กำลังลงจอดโดยสภาพทัศนวิสัยไม่ดี พุ่งชนกับทางวิ่ง 28R ลูกเรือ 6 คน และผู้โดยสารทั้งหมด 30 คน เสียชีวิต
• 8 เมษายน 2511เครื่องบินโบอิง 707 G-ARWE ของ BOAC เดินทางไปออสเตรเลีย โดยแวะผ่านสิงคโปร์ เครื่อยนต์เกิดลุกไหม้หลังจากนำเครื่องขึ้น เครื่องยนต์หลุดออกจากตัวเครื่องบริเวณใกล้กับอ่างเก็บน้ำ Queen Mother ที่ Datchet แต่นักบินสามารถนำเครื่องลงจอดฉุกเฉินได้ ตัวเครื่องบินลุกไหม้ทั้งลำ มีลูกเรือ 1 คน และผู้โดยสาร 4 คน เสียชีวิต ที่เหลืออีก 122 คน รอดชีวิต
• 3 กรกฎาคม 2511 Airspeed Ambassador G-AMAD ของ BKS Air Transport ปีกเครื่องบินกระแทกกับพื้นขณะลงจอด ทำให้เครื่องบินตกลงบนพื้นหญ้าและไถลไปทางอาคารผู้โดยสาร ชนเข้ากับเครื่องบิน Hawker Siddeley Trident 2 ลำ ของ BEA จนระเบิดลุกไหม้ ลูกเรือเสียชีวิต 6 คน และม้าที่บรรทุกมาอีก 8 ตัว
• 18 มิถุนายน พ.ศ. 2515 เครื่องบินHawker Siddeley Trident ของ BEA เที่ยวบิน 548 บินจากฮีทโธรว์ไปยังกรุงบลัสเซลส์ ตกลงใกล้กับ Staines ผู้โดยสาร 109 คน และ ลูกเรือ 9 คน ทั้งหมดเสียชีวิต