大屯火山群是臺灣北端多條河流的發源處，同時具備良好的生態環境與動植物資源。因此早在距今3000-2000多年前，本區即有屬於圓山文化之史前人類，沿河而上，進入山區，進行狩獵和採集活動。日本學者平山勳曾在園區內的竹子湖地區發現與圓山貝塚形制幾乎相同的石斧、石鏃等器物，二子坪通往面天山的面天坪遺址亦有發掘出屬於史前文化的陶片。但截至目前為止，園區內出土的史前遺物數量相當稀少，推測可能受到附近火山硫氣的影響，較不適於居住，以致人類的活動並不頻繁。
距今1000-600年間，大屯火山群周遭主要有北部平埔族群祖先、十三行文化中晚期人群分佈在北海岸，如金山、石門、三芝，和溪流岸邊，如淡水河沿岸的淡水、北投、士林一帶。原住民視山區的群峰溪谷為獵場與維生領域，除了狩獵、採集，也開採硫磺，作為與外來者的主要貿易品。根據早期來臺的西班牙神父記錄，北投社或金包里社等原住民採集的硫磺是北臺灣交易市場中重要的收購品。當西班牙人、荷蘭人統治臺灣北部時，會透過華商中介，間接或直接與原住民交易硫磺等礦產。
漢人約是在清乾隆年間（1736-1795）逐漸移墾進入陽明山區，初期以藍靛業為主，同時發展水稻、畜牧等農業及因應日常生活所需的小型手工業，如木炭燒製、打石等。19世紀中葉，因化學合成染料問世，藍靛產業沒落。同時間，因英國商人陶德（John Dodd）大力扶植臺北地區的茶產業，本區興起栽種茶樹的風潮； 日治時期, 總督府極力推動茶產業現代化，投入豐厚資金設立茶園與製茶廠，使得陽明山區的茶園與茶葉種植達於極盛，茶業公司亦紛紛設立。
除了茶葉生產，日本殖民政府也在竹子湖地區進行日本稻米馴化試驗，設置約40甲原種田與原種田事務所，其培育成功的稻種經當時伊澤多喜男總督命名為「蓬萊米」，後推廣至全國，直至民國60年代初期竹子湖的蓬萊米事業才逐漸衰退中止。
日人同時積極開發利用本區的天然地質景觀和溫泉資源，包括開闢山區公路、登山步道，推展登山健行活動，闢建公共浴室、鼓勵資本家興建別墅、溫泉旅社、俱樂部等，推動溫泉休閒產業。昭和9年（1934）臺北州廳提出「設置大屯山國立公園」的構想，以保護山林資源、鼓勵登山運動、謀求國家社眾體魄強健為主要目的，可惜因太平洋戰爭爆發，致計畫中止。
民國38年（1949）國民政府遷臺後，本區大致維持日治時期的道路、公園與溫泉別墅，遂成為蔣中正總統來臺初期理想的暫時居所，相關情治、軍事、政黨亦隨之落腳，因此在本區成立「草山管理局」專責管轄草山地區、士林、北投的地方自治事務，隨後更名為「陽明山管理局」作為特殊行政區。本區在管理局嚴格管制下，建構了許多中式宮殿建築、花木園林風景，並陸續興建中興賓館（陽明書屋）、光復樓、革命實踐研究院、華興育幼院、華興中學、文化大學、美軍眷區，及碉堡、崗哨等軍事設施，直到民國57年（1968）年才回歸臺北市政府管轄。