Hütteldorf wurde im 11. Jahrhundert gegründet und 1170 erstmals als Utendorf urkundlich erwähnt. Der Name geht auf das adelige Geschlecht der Utendorfer zurück.

Der alte Ortskern befand sich zwischen Rosenbach und Halterbach. 1599 erhielt die Hütteldorfer Mühle die Brauberechtigung und es entstand daraus die Hütteldorfer Brauerei. Der Satzberg erinnert daran, dass es hier auch Weinbau gab. 1891 wurde Hütteldorf damals als Teil des 13. Bezirks Hietzing in die Stadt Wien eingemeindet.

Der Bahnhof Wien Hütteldorf war ursprünglich ein alter Bahnhof der k. k. österreichischen Staatsbahnen und wurde Ende des 19. Jahrhunderts umgebaut, um gleichzeitig als Bahnhof für die neue Wiener Stadtbahn zu fungieren. Das neue Stationsgebäude wurde von dem im nahe gelegenen ehemaligen Vorort Penzing geborenen Jugendstil-Architekten Otto Wagner gestaltet. Auch heute erfüllt der Bahnhof eine Doppelfunktion und beherbergt den Kopfbahnhof der U-Bahnlinie U4 sowie einen regulären Bahnhof, der auch von der S-Bahn genutzt wird.

Zwei weitere Bauwerke Otto Wagners in Hütteldorf sind die beiden Villen, in denen er auch selbst gewohnt hat. Die Villa Wagner I wurde von 1886 bis 1888 als Sommersitz errichtet und als späthistoristisches Landhaus gestaltet. 1911 verkaufte es Otto Wagner an den Varieté-Unternehmer Bernhard Ben Tiber. 1972 ging die Villain den Besitz des Malers Ernst Fuchs über und beherbergt das Ernst Fuchs Museum.