Первые упоминания о Голицыно относятся к 1870 году и напрямую связаны со строительством железной дороги Москва—Смоленск—Брест. Новая железная дорога связала Россию с Европой и принесла огромную выгоду Российскому государству.
На 41-й версте от Москвы была построена станция «Голицыно», названная в честь княжеского рода — Голицыных, чья усадьба находилась неподалёку от станции. Станция состояла из деревянного двухэтажного здания, платформы и нескольких домов для обслуживающего персонала. Со строительства станции и началась история города.
В 1891 году при станции создаётся корзиночная мастерская. Крестьяне окрестных деревень издавна занимались плетением корзин. Чтобы выжить в конкурентной борьбе, они вынуждены были изготавливать больше продукции, что приводило к ухудшению её качества. Чтобы промысел не развалился, Московское земство и известный деятель С. Т. Морозов пришли на помощь крестьянам, создав мастерскую. Мастерская обучала кустарей правильному ведению дел. Помимо изготовления мебели, здесь плели корзины для переноски угля и кокса, что имело большое значение при развитии промышленности.
На заре XX века землями в районе речек Вязём заправлял князь Дмитрий Борисович Голицын. Из 8000 десятин земли, принадлежавших князю, 6700 находились под лесом. Держать землю под ним становилось невыгодно, и владелец принял решение о строительстве показательного дачного поселка с целью в дальнейшем выгодно продать участки.
Территорию поселка прорезают 13 проспектов, проездов и шоссе. Названия их либо указывают направление (Петровское шоссе — к селу Петровскому), либо соответствуют именам членов семьи князя (Голицынский, Дмитриевский, Екатерининский, Малый Екатерининский, Борисовский, Владимирский проспекты). Сам посёлок получает название «Голицынский городок». Застраивается, как правило, территория южнее станции Голицыно, отрезанная от основных земель князя железной дорогой.
В период с 1906 по 1910 г. в поселке строятся: новый каменный вокзал, двухэтажное здание гимназии, платформа при железной дороге, проезжие и пешеходные мосты по проспектам, абиссинские колодцы, проспекты освещаются газовыми фонарями В 1908 г. там, где протекала речка Вязёмка, был вырыт пруд и построена плотина, через которую был переброшен живописный «горбатый мостик». «Голицынский городок» широко рекламировался, но несмотря на это, поселок строился довольно медленно, причиной тому была высокая стоимость участков, которые продавались за наличный расчет и в рассрочку.
В 1912 г. грузооборот станции Голицыно составил полтора миллиона пудов в год. В основном перевозились дрова и кирпич. Первое время на железной дороге установились тарифы, выгодные промышленникам.
Сильно возрастала потребность в кирпиче. В городах строились многочисленные кирпичные заводы, работавшие на местном сырье. Начал работать и кирпичный заводик купца Максимова в Голицыне. Изготовление кирпича в нем производилось вручную. Обилие дешевой рабочей силы делало ручной труд более выгодным, чем применение машин
Осенью 1917 г. в Голицыне побеждает советская власть. В конце ноября был создан поселковый совет, который возглавил большевик Петр Петрович Волков. В годы гражданской войны на станции Голицыно, 28 сентября 1918 г., начала формироваться третья стрелковая дивизия, которую возглавил Н. В. Куйбышев, брат В. В. Куйбышева, и в состав которой вошли жители поселка, села Вяземы и деревни Кобяково В дальнейшем она действовала против войск Деникина и Врангеля. Частная гимназия в Голицыне после революции стала трудовой школой, была передана отделу просвещения во вновь образованном Наркомате путей сообщения и начала называться Голицынской железнодорожной школой. Долгое время она была единственным культурным учреждением в поселке.
Перепись 1926 г. зафиксировала в поселке городского типа 1497 жителей, кроме школы отмечены горсовет и больница
На основании Постановления Совета Народных Комиссаров СССР от 02 сентября 1931 года за № 765 с местом расположения в посёлке Голицыно и селе Успенское, Одинцовского района, Московской области образован Московский зоотехнический институт коневодства (МЗИК), где находился до оккупации в 1941 году, после освобождения территории от оккупации в 1943 году был воссоздан, Постановлением СНК СССР и ЦК ВКП (б) от 12 мая 1943 года за № 510. Имел учебное хозяйство рядом с институтом, хороший коровник с силосной башней на 300 тонн, показательная конюшня с 30-ю чистопородными лошадьми верховых, рысистых и тяжеловестных пород, манеж для показа животных и занятий со студентами. Также занятия проходили на базе 1-го Московского конного завода.[1] На основании Постановления Совета Министров СССР от 5 августа 1954 года переведен в город Ижевск, Удмуртской Автономной Советской Социалистической Республики (УАССР) и реорганизован с 1 сентября 1954 года в Ижевский сельскохозяйственный институт (ИжСХИ), ныне Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (сокращенное наименование — ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА)
В 30-е годы Голицыно избрали местом творчества советские писатели. В 1932 г. небольшой двухэтажный дом Ф. А. Корша перешёл к Литфонду и стал «домом творчества союза писателей». Здесь в разные годы отдыхали и создавали свои произведения М. Алигер, К. Паустовский, М. Шагинян, А. Малышкин, А. Гайдар, Муса Джалиль, Мате Залка, К. Тренёв, А. Фадеев, А. Твардовский, В. Катаев, Э. Казакевич Последние дни жизни здесь провел Антон Макаренко. 1 апреля 1939 г. он скоропостижно умер в вагоне поезда, следовавшего из Голицына в Москву. Летом 1937 г., возвратившись из эмиграции, здесь жил известный русский писатель Александр Иванович Куприн. Более тридцати лет бессменным директором дома творчества была Серафима Ивановна Фонская, написавшая книгу «Дом в Голицыне», в которой рассказала о жизни тех писателей, с которыми ей пришлось здесь познакомиться. Осенью 1939 г. и зимой 1940 г., после семнадцатилетней разлуки с родиной, в Голицыне в комнате на одной из дач с сыном Георгием жила Марина Цветаева[источник не указан 71 день]. Здесь же находилась дача поэта и переводчика Арсения Тарковского. В послевоенные годы Голицыно становится крупным промышленным пунктом. В 1949 году началась реконструкция станции, все железнодорожные пути были электрифицированым.



В пятидесятые годы на месте сезонной промысловой артели «Звенигородский труд», существовавшей с 1928 г., был создан «Голицынский керамический завод», ставший одним из крупнейших поставщиков глиняного кирпича для Москвы и Московской области. Культурно-воспитательный центр завода объединил несколько творческих коллективов. При заводе были построены клуб и библиотека. Вместо артели, где изготавливались игрушки, музыкальные инструменты, пуговицы и брошки, возникла фабрика головных уборов «Светлячок». Первые многоэтажные дома появились в посёлке только в 60-х годах, когда активно начали застраивать микрорайоны «Рабочий посёлок» и «Керамиков».
В 1972 году на территории поселка Голицыно было создано Высшее военно-политическое училище погранвойск КГБ СССР. Был отстроен комплекс, вместивший в себя всё необходимое для подготовки высококвалифицированных офицеров-пограничников. Ныне это — Голицынский институт пограничных войск ФСБ России, один из крупнейших военных ВУЗов России. Образовательную деятельность здесь ведут 15 кафедр, используя современные технологии обучения.
9 мая 1985 года в южной части посёлка, на Коммунистическом проспекте, был открыт памятник воинам, погибшим в Великой Отечественной войне, построен он был полностью на народные пожертвования.
С 2002 года открыт Голицынский отдел ЗАГС, обслуживающий около 55 тыс. чел., проживающих на территории 10 сельских и поселковых округов
Указом Губернатора Московской области от 9 сентября 2004 года посёлок Голицыно получил статус города.
В 2006 году в городе проведена реконструкция Привокзальной площади, выполненная в едином архитектурном стиле. Перед зданием вокзала построен торговый комплекс. В северной части города начато строительство жилого микрорайона «Молодежный». Новый перспективный генплан города предусматривает увеличение жилой площади на душу населения, строительство гостиницы, кинотеатра, бассейна, создание парка культуры, рост числа библиотек, медицинских и детских учреждений, магазинов и предприятий общественного питания.