M.Ö. 3.000 yılı civarında kurulmuştur. Yerleşim merkezi bugünkü yerinde değil, tarihi Gordion kenti ve çevresinde idi. Toprakları Hitit ve Frig uygarlıklarının, Pers İmparatorluğu'nun, Büyük İskender'in, Roma ve Bizans imparatorluklarının yönetiminde kalmıştır. Bölge 1516 yılında Yavuz Sultan Selim zamanında Osmanlı İmparatorluğu'nun topraklarına katılmıştır.
Bu ilçenin Kurtuluş Savaşımızda önemli bir yeri vardır. Sakarya Savaşları ilçenin Çekirdeksiz, İğciler, İnler, Toydemir köyleri civarında yapılmış, Atatürk bu savaştan ilçenin Alagöz köyünde kurulan karargâhından yönetmiştir. Bu günlerin anısını yaşatmak için karargâh olarak kullanılan bu ev bir müze haline getirilmiştir. Ankara'yı ele geçirmek isteyen Yunan kuvvetleri Polatlı sınırına kadar gelmiş ancak Sakarya Savaşı'nda yenilerek geri çekilmek zorunda kalmıştır. Türk kuvvetlerinin Başkomutanlık karargâhı Alagöz köyünden Polatlı'ya taşınmıştır. Bugünkü Polatlı ilçesinin 20 kilometre kuzeybatısında yer alan Yassıhöyük köyü ve çevresi bölgede gerçek bir tarih başlangıcı sayılabilir.