密云历史悠久，距今约10万年前，已有人类活动，据燕落寨出土文物考证，在6000年以前，密云就有人类聚居成村了。又根据转山会夏家店等多处地下文化遗址考证，当时密云已进入奴隶制社会，为商汤领地。西周和春秋时，密云属燕国，燕昭王设五郡，密云为渔阳郡。秦始皇二十二年，设渔阳县，这是密云地区行政建制最早的记载。秦二世末年陈胜、吴广戍守渔阳，就是戍守现在的密云。王莽建新朝，改渔阳县为得渔县。东汉时期又改为渔阳县。三国时期密云为魏地。曹操战乌桓，即在密云。西晋初，郡、县俱废。密云属幽州燕国，后又设渔阳郡、渔阳县。北魏皇始二年（公元379年）设置密云县。原址在现今的河北丰宁大阁镇南关村。因县城南15公里处有高山，常年云雾缭绕，名为密云山，这就是密云志所载密云得名的由来。
隋开皇16年，在旧玄州处设檀州。大业三年改檀州为安乐郡。乾元元年又改密云为檀州。后晋天福元年，割幽州16州给契丹。檀州为16州之一，密云为辽地。北宋宣和五年，改檀州为横山郡，宝和七年改横山为檀州。金太守废檀州，密云为中都路顺州。元朝时，密云为大都路檀州地，以后又复设密云县。
明洪武元年，檀州并入密云。抗倭名将戚继光从浙江调入密云，驻防石匣古北口一带。戚继光在古北口，重修了金山岭、古北口、司马台长城，并在城楼上修了指挥机关。因此，这一段长城，敌楼密布，敌楼楼顶形式多样。指挥所处，玉石栏杆，旌旗招展，楼上修楼，甚为壮观。
戚继光还常游览白龙潭，并提诗留念，诗曰：“紫极龙飞翼北春，石潭犹自守鲛人。风云气薄河山迥，阊阖情开日月新。三辅看天常五色，万年卜世属中宸。同游不少攀鳞志，独有波臣愧此身。”
明代，在密云留下了许多传说故事。相传，明万历皇帝三岁登基，由杨勃抱着上朝。杨想篡位，抱万历捏其睾丸，想致万历于死地。万历却是铜蛋子，不但不疼，反而发笑，杨勃只好另择办法。于是在密云修了新城，在现在城内的宾阳地方修了宫殿，秘密造了九龙冠，因为时机不成熟，拖了十几年。万历成年，亲临朝政，想起杨勃想置自己于死地的作为把杨勃满门抄斩，拆了宾阳宫殿。密云小南门叫做“迎勋门”，据传做城门的老木工，痛恨杨勃，把一颗虎头钉倒安城门上，因此破了风水，那颗虎头钉被称为“倒吊一只虎”，是密云新八景之一。
清初，密云归昌平州管辖。
1914年归京北地方，1928年又归河北省。
1933年密云归冀东自治政府。
1933年以后，日军占领密云，归河北省冀东道。
1940年，中国共产党建立蓟平密联合县，密云归冀东十三署。又建丰、滦、密联合县，密云归平北专署。
1947年密云分东西两县。潮河东为密云县，潮河西为乙化县。
1949年8月，密云、乙化两县合并，称密云县，归河北通县专署。
1958年4月密云划归河北承德专署。
1958年10月，密云划归北京市至今。
密云历史上，建制多变，县域变迁频繁，其境域面积大致相当于密云全境及怀柔的东部和北部。渔阳郡在今天的统军庄村南，因位于渔水之阳而得名。
檀州和密云郡，东魏元象年间设于南提携庄，即今河南寨的提辖庄，唐元寿2年檀州迁至现今的县城。
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