Vùng đất phường Đội Cấn ngày nay thuộc vùng đất của Thập Tam Trại cổ xưa, một vùng đất ở phía Tây kinh thành Thăng Long được lập nên từ thế kỷ X do một vị dũng sĩ họ Hoàng người làng Lệ Mật khai hoang. Vùng đất của phường thuộc đông bắc tổng Nội là phần quan trọng nhất của Thập Tam Trại, không chỉ có cảnh sinh hoạt trù phú mà còn chứa đựng một lượng lớn vết tích về lịch sử thành lập kinh thành Thăng Long từ thế kỷ thứ IX đến thế kỷ thứ XIV.

Phường mang tên Đội Cấn, một hạ sĩ quan thuộc quân đội của thực dân Pháp, nhưng có lòng yêu nước nên đã tổ chức cuộc khởi nghĩa Thái Nguyên (30/8/1917). Ông tên thật là Trịnh Văn Đạt, người thôn Yên Nhiên, xã Vũ Di, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc. Khi vào lính, ông lấy tên là Trịnh Văn Cấn, làm đến chức đội và được gọi là Đội Cấn.

Trải qua nhiều thế kỷ dựng nước và giữ nước, các thế hệ người dân phường Đội Cấn đã đoàn kết, chung sức, chung lòng cần cù lao động sản xuất, đấu tranh với thiên tai và chống kẻ thù xâm lược, tạo dựng cho mình truyền thống vô giá, trở thành sức mạnh to lớn vượt qua những khó khăn thử thách, góp phần cùng nhân dân Ba Đình và nhân dân Hà Nội viết nên những trang sử hào hùng.

Qua các thăng trầm lịch sử, đến nay trên địa bàn phường vẫn còn nhiều di tích lịch sử, văn hóa nổi tiếng được Bộ Văn hóa Thông tin xếp hạng như: chùa Một Cột, chùa Bát Tháp và đình Vạn Phúc.