Hồ Trúc Bạch nằm ở phía Đông Bắc quận Ba Đình, vốn là một phần của hồ Tây. Thời xưa sóng lặng hơn nên cá hồ Tây thường tụ về đây. Dân hai làng Yên Hoa (nay là Yên Phụ) và Yên Quang (nay là phố Quán Thánh) đã đắp đê ngăn góc này lại để đánh cá và sau là nuôi cá. Sau đó chúa Trịnh cho đắp con đê rộng ra, và gọi là đê Cố Ngự (nghĩa là giữ vững), chính là đường Thanh Niên – con đường thơ mộng nổi tiếng Hà Nội ngày nay. 
Vào thế kỉ 18, chúa Trịnh Giang cho xây một cung điện để nghỉ mát cạnh hồ và gọi là Trúc Lâm. Sau đó Trúc Lâm trở thành nơi giam giữ các cung nữ phạm tội, họ buộc phải tự dệt lụa để nuôi sống bản thân. Lụa của họ rất đẹp và trở nên nổi tiếng khắp vùng. Lụa đẹp, bóng bẩy gọi là lụa Trúc (chữ Hán là Trúc Bạch). Từ đó xuất hiện một làng chuyên dệt lụa với tên là làng Trúc Bạch, và hồ cũng được gọi là hồ Trúc Bạch.
Trong lịch sử Thăng Long - Hà Nội, quanh hồ Trúc Bạch là một vùng đất có nền văn vật phong phú, quy tụ nhiều di tích cổ xưa như chùa Trấn Quốc, đền Quán Thánh, chùa Ngũ Xã, chùa Châu Long, đền Thủy Trung Tiên. Phía Đông hồ có bán đảo nhô ra, dân năm làng đúc đồng ở Bắc Ninh tụ ở đây, hình thành làng đúc đồng Ngũ Xã – một làng nghề được xa gần biết đến ở Hà Nội xưa.
Vào thời thuộc địa, năm 1925, xưởng phát điện Yên Phụ được người Pháp cho xây dựng bên bờ phía Bắc của hồ Trúc Bạch và trở thành nguồn cung cấp điện quan trọng nhất cho Hà Nội đến tận cuối thập niên 1980. Vị trí nhà máy ngày nay là tòa tháp đôi của Tập đoàn Điện lực Việt Nam.
Thời kháng chiến chống Mỹ, ngày 26/10/1967, máy bay của phi công Mỹ John McCain trong khi thực hiện nhiệm vụ oanh tạc nhà máy điện Yên Phụ đã bị tên lửa bắn rơi. Ông McCain nhảy dù xuống hồ Trúc Bạch và bị bắt. Một đài tưởng niệm đã được dựng bên bờ hồ để ghi nhớ sự kiện này. Sau khi được trả tự do vào năm 1973 sau Hiệp định Paris, ông đã về nước và tích cực tham gia vào tiến trình hòa giải, bình thường hóa quan hệ, thúc đẩy hợp tác giữa hai nước Việt Nam và Mỹ.