В миналото Люлин планина е била считана за част от Витоша. В първата българска географска „Карта на сегашная Болгария, Тракия, Македония и на прилежащите земи”, издадена от Александър Русед през 1843 г. в Страсбург, планината не е отбелязана като отделна географска единица. Планините около град София са под общо име „Коджабалкан гори”, което обединява Завалско-Планската редица (Средногорие) – Завалска, Вискяр, Люлин, Витоша, Плана и др. планини, които отиват на запад и образуват границата между България и Сърбия.
            В картата на Балканския полуостров, показваща военните действия по време на войните 1877-1878 г., с мащаб 1:126000, Люлин е вече означена с това име, като са показани релефът и селищата, прилежащи към нея.
            В миналото Люлин е известна с имената Лилина планина, Лелин планина. Названията на местностите са конкретни и ясни, нещо характерно за териториите, населявани от шопите, които не са възприели турски наименования по време на Турското робство. Имената на много малка част от местностите се нуждаят от обяснения, защото става дума за стари думи и форми от славянски произход. Например: местностите Приплат – „приплати” означават наклонена местност, Вамевец – припомня за действащата там митническа контрола, долът Шатур – че в него са се отглеждали и събирали гъски; Мелич – произхожда от старата българска дум „мел” – място с дребнозърнеста скална повърхност; Гроот е наложен по-късно термин за сипей.
В древността Люлин е давал подслон на племена от тракийски и славянски произход. Оттук са преминавали татари, авари, маджари, хуни и готи.
Съществуват данни, че траките са живели в планината от 3 в. пр. Хр. Източно от село Дивотино на Остра могила и Кривия камък са открити следи от тракийски селища и крепости. На Остра могила археологически разкопки показват защитен зид и фрагменти от битова керамика. Непосредствено до Кривия камък е открита и триъгълна крепост, датирана към този период.
До село Големо Бучино подходът към местността Църквището носи названието Калдъръма. Тук има стар паваж от римски произход, датиран от 1 – 3 век. Този факт се потвърждава и от намерените останки от строежи и откритата мраморна колона с надпис от времето на Нерон – 61 г. Тези находки предполагат, че за римския път са полагани грижи и в близост е била разположена пътна станция.
При развалините на манастира „Св. Петър” до Владая са открити следи от друга римска пътна станция.
На юг от село Мало Бучино, в местността Църквище до параклиса „Св. Спас”, както и на изток от местността Петкова падина, се виждат следи от голям градеж.
Планината е била обитавана и през по-късен период – 11 – 12 в. Основание за това ни дават останки от сградни комплекси. Източно от Бучински проход са намерени руини на сгради, изградени на голяма площ. В североизточната част на Мелича на два малки върха – Големо и Малко градище още личат останки от строежи с предпазни ровове. Може да се предполага, че са били стражеви кули. На връх Райлово градище могат да се видят останките на по-голямо крепостно селище. Тук все още съществува кладенец, който е изграден от жителите му. Голям интерес буди скалист връх, намиращ се между землищата на Княжево и Владая, където се виждат останки от двоен вал. Стратегическото му положение дава основания да се предполага, че става дума за стражеви сгради. Руините, заличени до неузнаваемост в Люлин планина, са ярко доказателство, че тя е била населена от древни времена, предвид разположението й като преден щит на Софийското поле от западна посока.
Исторически проучвания частично са правени и за Банкя, Горна баня, Драгичево. Данните са получени от проучена преторианска диплома, намерена през 1892 г. в Драгичево, от разкопки в двете стари църкви на село Иваняне и Райлово, както и от  намерените древни монети във Владая.
Крепостите, изградени в планината, са пазели Сердика от византийските нашествия. За набезите им са използвани римския път, свързващ Софийското поле с Пауталия (Кюстендил), който пресича Бучинския проход с дължина 8 км, а на изходите му от север е село Мало Бучино и от юг – село Големо Бучино. По-късно през този проход, наричан „Бучино дервент”, преминавали кервани от Албания и Македония, които през долината на река на Струма, Софийското поле и Петроханския проход отивали до река Дунав. По-късно е изграден и пътят през Владайското дефиле, дублирано от ж.п. линията София - Перник и оттам - до Кюстендил и Петрич.
В Люлин планина, главно около Владайското дефиле, през 1918 г. са се разиграли политически събития. Войници, участници в Първата световна война, недоволни от продоволствието, напуснали фронта. През град Радомир те се отправят с влакове и пеш към София. От Владая се разделят на три колони – през Люлин към Горна баня, през Княжевското шосе и Княжевската гора – към Княжево и през местността Белата вода – към Бояна. Първото сражение с юнкери от Военното училище на град София става при Александров мост. Войниците отстъпват, но това дава възможност за преговори, които завършват със Солунското примирие. Сключва се сепаративен мир, а цар Фердинанд абдикира.