อำเภอธัญบุรีนั้น เดิมอยู่ในบริเวณที่เรียกว่า “ทุ่งหลวง” ของมณฑลกรุงเทพ พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวมีพระราชปณิธานอันแน่วแน่ที่จะพัฒนาที่ดินในทุ่งหลวงให้เกิดประโยชน์แก่ประชาราษฎรด้วยการที่จะให้มีคลองขึ้นในบริเวณทุ่งนี้ จึงโปรดเกล้าฯ ให้ดำเนินการขุดคลองตั้งแต่ปี พ.ศ. 2433 เป็นต้นมาและได้พระราชทานนามว่า “คลองรังสิตประยูรศักดิ์” ต่อมาได้มีพระบรมราชโองการให้สถาปนา เมืองธัญญบูรี ขึ้น ประกอบด้วย 4 อำเภอ ได้แก่ อำเภอเมือง อำเภอคลองหลวง อำเภอหนองเสือ และอำเภอลำลูกกา พระองค์ได้เสด็จพระราชดำเนินเปิดที่ทำการเมืองด้วยพระองค์เองเมื่อวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2445 ธัญญบูรีมีฐานะเป็นเมืองจนกระทั่งถึงปี พ.ศ. 2475 จึงถูกลดฐานะลงเป็นอำเภอหนึ่งในจังหวัดปทุมธานี
โดยคำว่า “ธัญญบูรี” หมายถึง “เมืองแห่งข้าว” เป็นพระนามพระราชทาน เพื่อให้สอดคล้องกับเมืองมีนบุรี (เขตมีนบุรี ในปัจจุบัน) ที่หมายถึง “เมืองแห่งปลา”
ต่อมาเมื่อวันที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2510 ราชบัณฑิตยสถานได้เปลี่ยนการใช้ตัวสะกดใหม่ จึงเป็น “ธัญบุรี” มาจนถึงปัจจุบัน