Die Gründung von Lichterfelde erfolgte wahrscheinlich in der Zeit zwischen 1230 und 1260 im Zuge der Kolonisation durch die regierenden Markgrafen von Brandenburg. Eine erste urkundliche Erwähnung stammt aus dem Jahre 1289. Der wichtigste Grund für die Ansiedlung dürfte die Nähe zur seinerzeit bedeutenden Handelsstraße zwischen Berlin und Leipzig gewesen sein, dem heutigen Ostpreußendamm, der bis 1960 Berliner Straße hieß.
Ein lebendiges Zeugnis aus der dörflichen Vergangenheit von Lichterfelde stellt die Dorfkirche aus dem 14. Jahrhundert dar. Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts bestanden die Dörfer noch immer aus wenigen Gehöften, aber durch die Felder zogen sich nun Eisenbahnschienen. Um 1865 trat der Unternehmer Johann Anton Wilhelm von Carstenn auf den Plan. Er erwarb die verschuldeten Güter von Giesensdorf und Lichterfelde, um hier eine Landhaus- und Villenkolonie entstehen zu lassen. Maßgeblich für den Aufschwung zum gefragten Villenvorort von Berlin war die Verlegung der Hauptkadettenanstalt nach Lichterfelde auf Initiation von Carstenn, die in den Jahren 1873 bis 1878 errichtet wurde. Nachdem sich 1877 die Güter Lichterfelde und Giesensdorf mit dem Dorf zur Großgemeinde Groß-Lichterfelde zusammengeschlossen hatten, trat ein Jahr darauf auch das Dorf Lichterfelde der Großgemeinde bei.
Lichterfelde erhielt 1881 die erste elektrische Straßenbahn der Welt. Gebaut wurde diese im Auftrag von Carstenn von Werner von Siemens zwischen dem Bahnhof Lichterfelde Ost und der Hauptkadettenanstalt.
Lichterfelde West, 1860 gegründet, ist bekannt als das älteste Villenviertel Berlins und bis heute geprägt durch herrschaftliche Villen der Gründerzeit, große Gärten, kleine Alleen und gepflasterte Straßen. Lichterfelde Ost ist nach ähnlichem Muster als Villenkolonie angelegt, hat jedoch im Zweiten Weltkrieg stärkere Beschädigungen davon getragen. In Lichterfelde Süd befindet sich der Standort des Fliegebergs, von dem der Flugpionier Otto Lilienthal seine ersten Flugversuche mit selbstgebauten Gleitflugapparaten startete und wo sich seit 1932 eine Lilienthal-Gedenkstätte befindet.
Von Juni 1942 bis 1945 befand sich in Lichterfelde ein Außenlager des KZ Sachsenhausen, unweit von Wohnhäusern der Offiziere der „Leibstandarte Adolf Hitler“, die in der ehemaligen Preußischen Hauptkadettenanstalt untergebracht war beziehungsweise wo sich heute eine Zweigstelle des Bundesarchivs befindet.