Территория района расположена в междуречье Котловки и Чертановки на высоком ровном плато, имеющем небольшой уклон с запада на восток. Обнаружены на территории района археологические находки, говорят о существовании здесь поселения раннежелезного века, относящихся к Дъяковой культуре (VII вв. до н.э. – VI-VII вв. до н.э.). Найдены остатки Нижекотолвского городища; на территории села Верхние Котлы обнаружены вятичские курганные могильники, свидетельствующие о том, что в XII-XIV вв. здесь жили племена вятичей.

Основная магистраль района и его ось – Варшавское шоссе. Здесь проходила трасса Серпуховской дороги, известной по письменным источникам с XIV в. В XVIII в. эта дорога становится транзитной для посреднической торговли между городами России и другими странами. На планах Москвы 1806-1808 гг. Серпуховская дорога уже именуется шоссе; в 1840-х гг. дальше было проложено Варшавское шоссе. До 1950 г. Серпуховское шоссе входила в состав Варшавского.

Нагорный район представляет собой соединение нескольких сложившихся в разное время зон. Самые крупные из них: промзона на севере района, Котлы и Волхонка. Промзона района сложила в XIX-XX вв.

В начале XX в. сами поселения, кроме имеющихся там производств, приходят в упадок.

В 1930-е гг. территория Нагорного района до Нахимовского проспекта вошла в черту Москвы. В 1937-1939 гг. вокруг деревни Волхонка был возведён рабочий поселок автозавода им. Лихачёва. В послевоенное время в поселке ЗИЛ были построены несколько общественных зданий, капитальные 4-, 5-, 8-этажные дома. Проект Волхонка-ЗИЛ предполагал создание жилого района как самостоятельного города средней величины. Но в 1958 г. проект был упрощён, и район почти полностью был застроен пятиэтажными домами.