Les premières traces de sédentarisation humaine sur ce territoire datent de la période préclassique. Les premiers habitants étaient en relation avec la culture de Cuicuilco, comme le démontrent les découvertes de Cuemanco[réf. nécessaire]. À la fin du préclassique, les populations de la région se sont concentrées à Teotihuacan. Après l'effondrement de cette ville, la population de la métropole s'est dispersée dans la vallée de Mexico, et quelques groupes se sont installés à Xochimilco[1]. À l'époque postclassique, vers la fin du XIIe siècle[2], les Xochimilcas se sont sédentarisés à Cuahilama (es), près de l’actuelle Santa Cruz Acalpixca (es) et leur chef Acatonalli y a fondé leur premier centre cérémoniel en 1256[3].

En accord avec le Codex Mendoza, Xochimilco a été vaincue par les Mexicas.

Durant la conquête du Mexique, Xochimilco fut conquise par Hernán Cortés et ses hommes le 16 avril 1521. Selon la légende, Cuauhtémoc en personne vint demander de l'aide pour la défense de Tenochtitlan. On raconte qu'à son passage il planta le sapin qui existe toujours au quartier San Juan.

Une fois achevée la conquête de Tenochtitlan, l'ultime gouverneur de Xochimilco, Apochquiyauhtzin, se convertit au catholicisme et fut baptisé sous le nom de Luis Cortés Cerón de Alvarado le 6 juin 1522.

L'évangélisation des habitants est due aux missionnaires franciscains Martín de Valencia, Alfonso Paz, Juan de Nozarmendia, et Bernardino de Sahagún. Entre 1534 et 1579 fut un couvent franciscain qui est toujours associé à la cathédrale de Xochimilco.

En 1559, Philippe II d'Espagne fait de Xochimilco une ville qui prend le nom de « Noble ville de Xochimilco ».

Le manque d'attention donné par l'administration coloniale envers les œuvres d'ingénierie a permis, malgré le fleurissement de la chinampería, en 1609, une crue qui inonda toutes les semences.

En 1576 et 1777, Xochimilco a été frappée par une épidémie de variole.

Après l'indépendance, Xochimilco s'est rapidement intégré dans l'empire mexicain, mais son incorporation au district fédéral, par décret, eut lieu lors de la première moitié du XIXe siècle.

En 1850 fut inaugurée la première ligne à vapeur qui reliait Mexico et Xochimilco, qui stimula le trafic et le commerce entre les deux villes, Mais jusqu'à l'instauration du tramway en 1908, les "trajineras" demeurèrent le moyen le plus important d'échange.

Pendant la révolution, Xochimilco fut occupée successivement par toutes les factions qui intervinrent. En 1911, les zapatistes pénétrèrent dans le territoire du district fédéral, en provenance de l'État de Morelos.

Le 4 décembre 1914, Emiliano Zapata et Francisco Villa signèrent le pacte de Xochimilco dans une maison, en face du marché principal, occupée actuellement par un vendeur de chaussure[1].

Un des thèmes dont parlèrent Zapata et Villa fut l'oubli de la problématique agraire par Venustiano Carranza.

Les partisans de Zapata s'emparèrent 4 octobre 1916,du système d'eau municipale de Xochimilco, qui fournissait le district fédéral. Les troupes de Carranza, envoyées par le général Pablo Gonzalez , s'introduisirent dans les tubes pour les attaquer, en l'apprenant, ceux-ci ourirent les vannes pour les noyer.

En 1968, la réception des Jeux olympiques de Mexico entraîna une réurbanisation. Entre autres, le canal de Cuemanco fut converti en piste olympique de canoë, et l'anneau périphérique entre Xochimilco et Tlalpan fut créé.[réf. nécessaire]

Le ralliement physique entre Xochimilco et Mexico eut lieu tardivement, pendant les 3 dernières décennies du XXe siècle.

La zone des « chinampas » de Xochimilco a été déclarée patrimoine mondial de l'humanité en 1987.