เขตบางเขนเดิมมีฐานะเป็น อำเภอบางเขน จัดตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2440 ขึ้นอยู่กับจังหวัดพระนคร เดิมทิศตะวันตกของอำเภอมีอาณาเขตติดต่อกับจังหวัดนนทบุรีโดยใช้แนวคลองเปรมประชากรเป็นเส้นแบ่งเขตจังหวัด จนกระทั่งในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2475 ทางราชการได้โอนพื้นที่ซึ่งตั้งอยู่ทางฟากตะวันตกของคลองนี้ (ได้แก่ ตำบลทุ่งสองห้องจากอำเภอปากเกร็ด และหมู่ที่ 1-3 ของตำบลลาดโตนดจากอำเภอเมืองนนทบุรี) มาอยู่ในท้องที่ปกครองของอำเภอบางเขน เพื่อความสะดวกในการตรวจตราของเจ้าหน้าที่และความสะดวกในการติดต่อราชการของประชาชนในท้องที่ดังกล่าว คลองประปาจึงกลายเป็นแนวแบ่งเขตการปกครองระหว่างทั้งสองจังหวัดแทนนับแต่นั้น

เนื่องจากอำเภอบางเขนมีอาณาเขตกว้างขวางมาก ประกอบกับมีชุมนุมชน ย่านการค้า และอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้นในท้องที่ ในปี พ.ศ. 2490 กระทรวงมหาดไทยจึงได้แบ่งพื้นที่ทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ของตำบลสายไหมตั้งเป็นตำบลออเงิน รวมพื้นที่บางส่วนของตำบลอนุสาวรีย์และตำบลตลาดบางเขนตั้งเป็นตำบลคลองถนน และแบ่งพื้นที่ทางทิศเหนือของตำบลทุ่งสองห้องตั้งเป็นตำบลสีกัน และได้จัดตั้งสุขาภิบาลอนุสาวรีย์ขึ้นในบางส่วนของตำบลอนุสาวรีย์เมื่อปี พ.ศ. 2499 (ภายหลังได้ขยายเขตครอบคลุมทั้งอำเภอ จนกระทั่งเทศบาลนครกรุงเทพได้โอนเอาตำบลลาดยาวเข้าไปอยู่ในท้องที่ในปี พ.ศ. 2507)

ต่อมาในช่วงปี พ.ศ. 2514-2515 มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะการปกครองภูมิภาคไปสู่การปกครองส่วนท้องถิ่นในเขตจังหวัดพระนครและจังหวัดธนบุรี กล่าวคือ รวมจังหวัดทั้งสองเข้าด้วยกันเป็นจังหวัดนครหลวงกรุงเทพธนบุรี และเปลี่ยนเป็นกรุงเทพมหานคร ยุบการปกครองแบบเทศบาลและสุขาภิบาล รวมทั้งแบ่งหน่วยการปกครองออกเป็นเขตและแขวงแทนอำเภอและตำบล อำเภอบางเขนจึงเปลี่ยนฐานะเป็น เขตบางเขน กรุงเทพมหานคร แบ่งออกเป็น 8 แขวง

ต่อมาเมื่อมีประชากรหนาแน่นขึ้นเนื่องจากความเจริญทางเศรษฐกิจและสาธารณูปโภค รวมทั้งท้องที่บางแห่งอยู่ไกลจากสำนักงานเขต เพื่อสะดวกแก่การปกครองและการอำนวยความสะดวกแก่ประชาชน กระทรวงมหาดไทยจึงมีประกาศแบ่งพื้นที่ทางทิศตะวันตกและทิศตะวันตกเฉียงใต้ของเขตไปจัดตั้งเป็นเขตดอนเมืองและเขตจตุจักรในปี พ.ศ. 2532 และเมื่อปี พ.ศ. 2540 ก็ได้แบ่งพื้นที่ทิศเหนือของเขตไปจัดตั้งเป็นเขตสายไหม แต่ในเวลาเดียวกันก็ได้รับพื้นที่บางส่วนของแขวงจรเข้บัว เขตลาดพร้าว มาอยู่ในการปกครอง โดยปัจจุบันมีฐานะเป็นหมู่ที่ 8-10 ของแขวงท่าแร้ง