Toponimul “Măgurele” provine de la micile asperităţi ale reliefului de pe interfluviul dintre râurile Ciorogârla şi Dâmboviţa, cu aspect de coline sau măguri: Măgura Filipescu şi Măgura Gherman. Ultima mărturie toponimică a celor două „măgurele” a dispărut în anii ’60, când denumirile satelor Gherman şi Filipescu au fost înlocuite cu un toponim abstract – Aluniş, din cauza titulaturii neagreate de regimul comunist (făceau referire la două familii de boieri).
Prima atestare documentară a localității datează încă din anul 1852, însă săpăturile arheologice au scos la iveală vestigii ale paleoliticului și neoliticului, iar în anul 1595, înaintea bătăliei de la Călugăreni, Mihai Viteazul și-a așezat tabăra la Măgurele. După luptele de la Călugăreni, turcii au prădat și satul Măgurele, locuitorii risipindu-se în pădurile din jur și în alte sate.
De fapt, Măgurele era o mlaștină, aflată la cațiva km de București care se întindea pînă la râul Ciorogarla, spre râurile Argeș și Sabar, care în anul 1700, a fost asanată. Un boier bulgar a adus mai tarziu muncitori bulgari și a început să construiască primele case, consolidându-și moșia.
Începând cu anul 1853, o mare parte a moșiei Măgurele a ajuns în posesia boierului român Oteteleșanu. Începând cu acest moment, orașul capătă o deosebită încărcătură istorică strâns legată de numele boierului Ioan Oteteleșanu. Către ieșirea sudică din centrul oraşului întâlnim, încă, Conacul Oteteleşanu, construcţie ce datează încă din secolul XIX, iar dincolo de gardurile conacului se afla partea neocupată din domeniul boierului: un ansamblu care include parcul Oteteleşanu, precum şi Biserica Sfinţii Împăraţi Constantin şi Elena, situată peste drum de conac.
Construit pe domeniul cumpărat de Ioan Oteteleşanu de la Elena Cantacuzino, conacul Oteteleșanu este donat Academiei Române prin testamentul familiei, spre a fi utilizat ca şcoală de fete. Inaugurat sub această destinaţie în anul 1894, conacului i s-au adaugat pe parcurs alte anexe, spre a deservi numărului de eleve în continuă creştere (1900 ajunsese să aibă 80 de eleve, câte 16 în fiecare an). Din însemnările scriitorului Ioan Slavici, director al școlii de fete, aflăm că domeniul Oteteleșanu ar fi reprezentat principala sursă de inspirație pentru Scrisoarea a IV-a a lui Eminescu care popsea des la conac fiind prieten foarte bun cu Ioan Slavici.
În perioada imediat următoare celui de-al Doilea Război Mondial, Institutul de fete a fost desfiinţat, cedând locul pentru viitorul Institut de Fizică. O dată cu noua destinaţie (conacul a devenit „Blocul M”), s-a impus şi o restaurare a clădirii, care din păcate nu s-a ridicat la nivelul artei decorative din secolul anterior, fiind înlăturate elemente arhitecturale de valoare specifice epocii.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, comuna rurală Măgurele făcea parte din plasa Sabarul a județului Ilfov și era formată din satele Dumitrana, Filipescu, Ghermani și Otetelișanu, totalizând 1351 de locuitori care trăiau în 285 de case. În comună funcționau o moară cu apă, două școli mixte și trei biserici — la Dumitrana, Ghermani și Otetelișanu.
Tot atunci, pe teritoriul actual al orașului exista și comuna Vârteju-Nefliu, formată din satele Vârteju, Pruni, Nefliu și Chirca, cu 1191 de locuitori. În comuna Vârteju-Nefliu funcționau două mori de apă, o școală mixtă la Vârteju și două biserici la Nefliu și Vârteju.
În 1925, cele două comune figurau cu aceleași compoziții în plasa Domnești a județului Ilfov.
În 1950, comunele Măgurelele și Vârteju Nefliu au trecut în raionul V.I. Lenin al orașului republican București. În 1964, satul Filipescu a fost rebotezat Alunișu, iar satul Gherman a luat numele de Ciocârlia. În 1968, comuna Vârteju Nefliu a fost desființată și inclusă în întregime în comuna Măgurele, satele Chirca și Nefliu fiind incluse în satul Vârteju. Comuna Măgurele a devenit atunci comună suburbană a municipiului București. În 1981, comuna a trecut la Sectorul Agricol Ilfov din subordinea municipiului București, sector devenit în 1997 județul Ilfov.
În anul 1957, în cadrul Institutului de Fizică Atomică (IFA), la Măgurele s-a inaugurat primul reactor nuclear VVRS, un reactor de fisiune, și primul ciclotron U120 din Europa de est, de fabricație sovietică, instalate în afara Uniunii Sovietice. Continuatorul său este IFIN – Institutul de Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”.
Prin Hotărârea nr. 418 din 25 aprilie 2002 s-a decis oprirea definitivă în vederea dezafectării a Reactorului nuclear (RN) VVR-S de cercetare și producție de radioizotopi din cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică și Inginerie Nucleară “Horia Hulubei” (IFIN-HH), București-Măgurele. Ca urmare, s-a hotărât și dezafectarea reactorului nuclear de cercetare VVR-S Măgurele (care funcționa după o tehnologie sovietică) și repatrierea în Federația Rusă a combustibilului nuclear ars de tip S-36 utilizat în reactorul VVR-S Măgurele.
În anul 2004, localitatea a întrunit toate condiţiile economico-urbanistice pentru a se declara oraş, astfel că s-a alăturat micului grup de aşezări urbane ilfovene, alături de alte foste comune ca Voluntari, Chitila, Pantelimon, Bragadiru şi Popeşti-Leordeni. Orașul Măgurele a încorporat în 2004 satele Aluniș, Dumitrana, Pruni, Vîrteju și Nefliu.