О времени возникновения села Измайлово существуют различные мнения. Одни авторы (в том числе историк-москвовед П. В. Сытин) считают начальной датой его истории 1389 год[1], в других источниках (в том числе в монографии «История московских районов») говорится, что первые достоверные сведения о селе Измайлове относятся к XV веку. О том, что оно существовало в то далёкое время, говорят и археологические открытия, сделанные при реставрации Покровского собора в 1980—1984 гг.[2] В писцовых книгах село Измайлово упоминается в 1571 году. Тогда, согласно переписи земельных владений 1571 года, село относилось к Васильцеву стану Московского уезда.

Со времён Ивана Грозного было вотчиной бояр Романовых. С 1573 года владельцем села и округи являлся боярин Никита Романович Захарьин-Юрьев — брат Анастасии, первой жены Ивана IV[2], с 1623 года — его сын Иван Никитич Романов, а с 1640 года — сын последнего Никита Иванович. После смерти в 1654 году Никиты Ивановича село отошло в ведение Приказа Большого Дворца, став загородной усадьбой царской семьи[3].

При царе Алексее Михайловиче в 1667 году речка Робка (ныне — Серебрянка) была перегорожена плотинами так, что образовавшийся Серебряно-Виноградный пруд окружил так называемый Измайловский остров, в центре которого располагалась царская усадьба[4] (основная её часть — Государев двор — строилась в 1664—1690 гг.). Уже в 1670-е гг. в Измайловской царской усадьбе существовал домашний театр, известно имя одного из его актёров — певчего и живописца Василия Репского[5]. В 1671—1679 гг. костромскими мастерами на месте существовавшей с начала XVII века деревянной церкви был возведён каменный Покровский собор, или собор Покрова Богоматери[6][4]. На остров вёл каменный мост длиной около 100 м, завершавшийся проездной Мостовой башней. В усадьбе ставились эксперименты по выращиванию редких растений (виноград, арбузы и др.).

Юный Пётр I на обнаруженном в Измайлове ботике совершал плавания по системе прудов (позднее он перевёз ботик в Санкт-Петербург и назвал его «дедушкой русского флота»).

К 1800 году в селе проживало 753 человека (121 двор)[7].

В 1839 году на Измайловском острове была основана военная богадельня. Её корпуса (архитектор К. А. Тон) были пристроены к Покровскому собору.

К середине века село Измайлово занимало территорию в районе нынешних Измайловского проезда, Никитинской улицы и Прядильных улиц, к югу от храма Рождества Христова. Практически всю территорию нынешнего парка занимал зверинец[8]. К северо-западу, у Стромынского (ныне Щёлковского) шоссе располагалась деревня Колошина (упоминается в XVII веке, позже была заброшена, но возродилась при Павле I; с XX века — Калошино)[9].

Дальнейшее развитие села было связано с промышленными предприятиями. Во 2-й половине XIX века известность приобрела Измайловская ткацкая мануфактура, превратившаяся в одно из крупнейших предприятий в Московском уезде (в 1885 году — 1545 рабочих)[10]. В 1898 году население Измайлова достигло 2011 человек[7]. В это время вблизи села возникли Аламовская слобода и Колгановская слобода, севернее — деревня Конюшина[11].

После установления Советской власти постройки на Измайловском острове были отданы под жильё рабочих — в 1924 году образовался городок имени Баумана, просуществовавший до 1960 года. В 1930 году основан Парк культуры и отдыха «Измайлово».

Первым видом общественного транспорта, связавшим Измайлово с Москвой, стал в 1925 году трамвай[12]. Маршрут № 14 следовал до конечной станции «Измайлово», располагавшейся недалеко от нынешней станции метро «Партизанская». В 1938 году трамвайная линия была продлена вдоль Первомайской улицы по современной трассе, первым на новой линии был маршрут № 22[13].

Процесс присоединения земель исторического района Измайлово к Москве был постепенным. В 1932 году в состав города был включён Измайловский лесной массив (причём находившийся в его западной части Парк культуры и отдыха «Измайлово» был переименован в Измайловский парк культуры и отдыха им. И. В. Сталина), в 1935 году — село Измайлово[14], в 1937 году — прилегавший к селу с севера присёлок Хохловка, включавший существующую (в районе Измайлово) и поныне Советскую улицу, названную так в первые годы Советской власти в честь Советов рабочих, крестьянских и солдатских депутатов[15]. Все эти территории входили в Сталинский район столицы (3 ноября 1961 года переименован в Первомайский район).

Карты 1939 года[16][17][18] свидетельствуют, что тогда в состав Москвы входила уже вся территория современного района Измайлово. Жилые кварталы продвигались на восток: в 1944 году началась застройка Первомайской улицы и прилегающих участков[19]. При этом интенсивное жилищное строительство развернулось после войны и первоначально велось в основном силами немецких и румынских военнопленных[10]. Пересекающие Первомайскую улицу проезды после их распланирования в 1949 году получили по близлежащему Измайловскому парку названия Парковых улиц[20]. В том же 1949 году получили свои названия также Измайловский проспект, Измайловский проезд и Измайловский бульвар, а в 1960 году появился Сиреневый бульвар — нынешняя северная граница района[21].

На северо-западе района перед войной велось строительство центрального стадиона СССР, однако из-за войны оно не было закончено (стадион пробыл недостроенным до московской Олимпиады, во время которой использовался в качестве тренировочного поля). К Олимпийским играм 1980 года был построен гостиничный комплекс «Измайлово».

В ходе проведения в Москве в 1991 году административной реформы вместо прежних районов были образованы 10 административных округов, в том числе Восточный административный округ[22] и в его составе временный муниципальный округ Измайлово[23]. Территория временного муниципального округа в 1995 году была включена в состав нового района Измайлово[24].

В 2000 году на западе района построен деревянный храм святителя Николая.