MÖ 3.000 yılı civarında kurulmuştur. Yerleşim merkezi bugünkü yerinde değil, tarihî Gordion kenti ve çevresindeydi. Toprakları Hitit ve Frig uygarlıklarının, Pers İmparatorluğu’nun, Büyük İskender’in, Roma ve Bizans imparatorluklarının yönetiminde kalmıştır. Bölge, 1516 yılında Yavuz Sultan Selim döneminde Osmanlı İmparatorluğu’nun topraklarına katılmıştır.

Bu ilçenin Kurtuluş Savaşı’mızda önemli bir yeri vardır. Sakarya Savaşları, ilçenin Çekirdeksiz, İğciler, İnler ve Toydemir köyleri civarında yapılmıştır. Atatürk, savaşı ilçenin Alagöz köyünde kurulan karargâhından yönetmiştir. O günlerin anısını yaşatmak amacıyla karargâh olarak kullanılan bu ev müzeye dönüştürülmüştür. 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, bölgenin tarihinin başlangıcı olarak kabul edilebilir.

Sakarya Nehri’nin Porsuk Irmağı ile birleştiği yerin biraz ötesinde, Frig uygarlığının başkenti olan Gordion, yapılan kazılar sonucunda ortaya çıkarılmıştır. Bu kent, Büyük İskender’in Anadolu’yu fethetme sürecinde MÖ 333-334 yıllarında askerleriyle konakladığı yerdir. Çevrede 86 tümülüs, kral mezarları ve kalıntılarının yanı sıra ilçe merkezinde de antik kent kalıntıları bulunmaktadır. 13. yüzyılın ilk yarısında Menteşeoğulları Beyliği’nden bazı aşiretlerin ilçeye geldiği ve Menteşe ile eski Polatlı köyleri civarına yerleştikleri tespit edilmiştir. “Polat” kelimesinin Farsça karşılığı “Pulat” olup “çevik, kuvvetli” anlamına gelir.

Frig Krallığı’nın başkenti olan Gordion, yapılan kazılar sonucunda ortaya çıkarılmıştır. Günümüzde Polatlı ilçesinin en çok turist çeken tarihî alanıdır. “Eşek Kulaklı Midas” ve “dokunduğu her şeyi altına çeviren Midas” efsaneleriyle ünlenen Kral Midas’ın mezarı burada bulunmaktadır.