Die erste urkundliche Erwähnung von Vaihingen war im Jahre 1100. Dass Vaihingen schon vorher bewohnt war, geht aus keltischen und römischen Funden hervor. Im Jahr 1803 kam Vaihingen zum Königreich Württemberg und war fortan selbstständig. Die meisten der damals 1.300 Einwohner waren Bauern und Handwerker. 1879 wurde mit der Einweihung der Gäubahn der Grundstein für den wirtschaftlichen Aufschwung von Vaihingen gelegt. Als Verkehrknotenpunkt auf den Fildern wurde Vaihingen zu einem attraktiven Standort für Wirtschaft und Wohnen.
Nach dem Zusammenschluss mit Rohr 1936 wuchs Vaihingen innerhalb weniger Jahre auf 17.000 Einwohner an und zählte damit zu den größeren Städten in Württemberg. Dennoch erhielt Vaihingen keinen Stadtstatus und wurde von Reichsstatthalter Murr gemeinsam mit Möhringen, Plieningen, Birkach und Stammheim am 1. April 1942 an Stuttgart angegliedert, was das Ende der Selbstständigkeit bedeutete.
Der zweite Weltkrieg ging auch an Vaihingen nicht spurlos vorbei. Durch die Nähe zur Großstadt Stuttgart wurde Vaihingen häufig Ziel alliierter Luftangriffe, so dass große Teile Vaihingens zerstört wurden. Nach dem Kriegsende begann ein schneller Wiederaufbau und zwei neue Stadtteile, Büsnau und Dürrlewang kamen hinzu. Besonders bei Familien wurde Vaihingen immer beliebter, so dass neue Wohngebiete erschlossen wurden. Ende der 1960er Jahre war es das Lauchhau und Anfang diesen Jahrhunderts wurden die Lauchäcker bebaut. Auch das Neubaugebiet an der Paradiesstraße/Unterer Grund sorgte für einen großen Zuwachs an jungen Familien im Stadtbezirk.
Mit über 45.000 Einwohnern ist Vaihingen heute der zweitgrößte Stadtbezirk der Landeshauptstadt und mit 2.089 ha der flächengrößte.
Vaihingen liegt am Rande der fruchtbaren Filderebene und ist teilweise von ausgedehnten Wäldern umgeben. Früher vorwiegend landwirtschaftliches Gebiet, ist Vaihingen heute ein wichtiger und expandierender Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort. Die Lage ist ideal: Der Flughafen Stuttgart und die neue Landesmesse Stuttgart liegen gerade mal 5 km von Stuttgart-Vaihingen entfernt.