Название город получил от реки Химка, на которой было основано предшествовавшее городу поселение. Начало городу было положено 1 (13) ноября 1851 года с открытием станции Химская Петербургско-Московской железной дороги. Поезда стояли на Химской 10 минут. Постоянно проживало всего 39 человек, в основном рабочих и служащих железной дороги.
После сооружения в 1932—1937 гг. канала Москва—Волга в Химках построен Северный речной порт, а на левом берегу канала, на месте деревни Киреево, посёлок Левобережный.
Указом Верховного Совета СССР от 26 марта 1939 года был образован город Химки , объединивший рабочие поселки Химки, Петровское, Лобаново и дачные посёлки Петропаловский и Николаевский.
В 1932 году в Химках основан авиационный ремонтный завод № 84 ГВФ.
Химки оказались ближайшим к Москве пунктом, до которого дошли немецкие войска. Это направление прикрывала 20-я армия во главе с генералом А. А. Власовым, штаб которого находился тут же, из-за неоднозначности личности командующего военная история Химок замалчивалась на протяжении всей советской эпохи.
В настоящее время на месте, где находился штаб армии, открыта мемориальная доска.
В 1950-е годы Химки стали одним из важнейших центров советской ракетно-космической отрасли.
В последние годы обсуждается вопрос о необходимости объединения Химок с Москвой.