门头沟区的行政区划历史可追溯至民国时期。1928年，北京改为北平特别市后，今门头沟地区分属宛平县、房山县；1948年12月，门头沟地区放，1952年设京西矿区，1958年5月京西矿区划归北京市；1987年11月，经国务院批准，京西矿区更名为门头沟区，沿用至今。如今，门头沟区下辖9个镇、4个街道，区政府驻地为大峪街道。
从地理特征看，门头沟区地形以山地为主，山地面积占总面积的98.5%，平原面积仅占1.5%，地势西北高、东南低，境内最高峰东灵山海拔2303米，为北京第一高峰。永定河自西北向东南贯穿全区，是北京母亲河的重要流经地，也塑造了区域内丰富的自然景观，如妙峰山、百花山、潭柘寺、戒台寺等，其中潭柘寺始建于西晋永嘉元年公元307年，比北京城建城史还早800多年，有“先有潭柘寺，后有北京城”的说法。
作为北京重要的生态涵养区，门头沟区承担着首都西部生态屏障的功能。近年来，区域从传统煤矿产业向绿色发展转型，依托得天独厚的山水资源和历史文化底蕴，重点发展生态旅游、康养度假、文创产业等，成为市民亲近自然、感受京西文化的热门目的地。从行政区划到生态定位，门头沟区始终是北京不可或缺的重要组成部分。