อำเภอเมืองนนทบุรีในครั้งแรกนั้นมีชื่อว่า อำเภอตลาดขวัญ ไม่ปรากฏหลักฐานชัดเจนว่ามีฐานะเป็นอำเภอตั้งแต่เมื่อใด แต่ปรากฏชื่ออำเภอนี้ในชื่อเอกสารที่ประกาศลงราชกิจจานุเบกษาอย่างน้อยตั้งแต่ พ.ศ. 2445 ซึ่งตรงกับรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว และต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น อำเภอนนทบุรี โดยปรากฏชื่อเอกสารเกี่ยวข้องกับชื่ออำเภอนี้ในราชกิจจานุเบกษาอย่างน้อยตั้งแต่ พ.ศ. 2466 ที่ว่าการอำเภอตั้งอยู่ในตัวอาคารศาลากลางเมืองนนทบุรี ข้างวัดท้ายเมือง ตำบลตลาดขวัญ (ปัจจุบันอยู่ในเขตตำบลสวนใหญ่)

เนื่องจากอำเภอนนทบุรีมีอาณาเขตกว้างขวาง บางท้องที่อยู่ห่างไกลจากตัวอำเภอมาก กระทรวงนครบาล (หน่วยงานที่ดูแลหัวเมืองต่าง ๆ ในมณฑลกรุงเทพขณะนั้น) จึงพิจารณาโอนตำบลท่าอิฐซึ่งตั้งอยู่ทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือไปขึ้นกับอำเภอปากเกร็ดใน พ.ศ. 2463 และโอนตำบลบางเลนซึ่งตั้งอยู่ทางด้านตะวันตกสุดของอำเภอไปขึ้นกับอำเภอบางแม่นางใน พ.ศ. 2464 ณ พ.ศ. 2470 อำเภอนนทบุรีจึงเหลือท้องที่การปกครองอยู่ 12 ตำบล ได้แก่ ตำบลตลาดขวัญ ตำบลบางกระสอ ตำบลท่าทราย ตำบลลาดโตนด ตำบลบางเขน ตำบลบางตะนาวศรี (สวนใหญ่) ตำบลบางไผ่ ตำบลบางสีเมือง (บางศรีเมือง) ตำบลบางกร่าง ตำบลบางข่า ตำบลบางรักน้อย และตำบลไทรม้า เมื่อถึง พ.ศ. 2471 อำเภอนนทบุรีได้ย้ายที่ว่าการอำเภอมาอยู่ที่โรงเรียนราชวิทยาลัย บ้านบางขวาง ตำบลบางตะนาวศรี (ปัจจุบันคือศาลากลางจังหวัดหลังเก่าบริเวณท่าน้ำนนทบุรี ตำบลสวนใหญ่)

ในวันที่ 26 ตุลาคม พ.ศ. 2475 ทางราชการได้โอนพื้นที่บางส่วนของตำบลลาดโตนดไปขึ้นกับอำเภอบางเขน จังหวัดพระนคร เพื่อความสะดวกในการตรวจตราของเจ้าหน้าที่และความสะดวกในการติดต่อราชการของประชาชน และในวันที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2480 ได้โอนพื้นที่หมู่ 1, 3 (ในขณะนั้น) ของตำบลลาดโตนด และหมู่ที่ 1 (ในขณะนั้น) ของตำบลท่าทราย เฉพาะส่วนที่อยู่ในเขตหวงห้ามของคลองประปาฝั่งตะวันตกไปขึ้นกับตำบลสองห้องของอำเภอบางเขน โดยใช้แนวเขตหวงห้ามของคลองประปาฝั่งตะวันตกเป็นเส้นเขต หมายความว่าแนวเขตการปกครองระหว่างจังหวัดนนทบุรีกับจังหวัดพระนครได้เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เนื่องจากแต่เดิมจังหวัดนนทบุรีมีอาณาเขตด้านตะวันออกติดต่อกับจังหวัดพระนครโดยใช้คลองเปรมประชากรตั้งแต่สี่แยกบางเขนขึ้นไปจนถึงคลองบ้านใหม่ตลาดเนื้อเป็นเส้นแบ่งเขต

ในวันที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2481 ได้มีพระราชกฤษฎีกาเปลี่ยนชื่ออำเภอนนทบุรีเป็น อำเภอเมืองนนทบุรี เนื่องจากทางราชการมีนโยบายเปลี่ยนชื่ออำเภอที่เป็นที่ตั้งจังหวัดเป็น "อำเภอเมือง..." อย่างไรก็ตามใน พ.ศ. 2486 จังหวัดนนทบุรีก็ถูกยุบลงเพื่อเป็นการประหยัดงบประมาณราชการ เนื่องจากขณะนั้นอยู่ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาสภาวะเศรษฐกิจตกต่ำ อำเภอเมืองนนทบุรีจึงย้ายไปขึ้นกับจังหวัดพระนครและได้มีพระราชกฤษฎีกาเปลี่ยนชื่อเป็น "อำเภอนนทบุรี" จนกระทั่งวันที่ 9 พฤษภาคม พ.ศ. 2489 ได้มีพระราชบัญญัติจัดตั้งจังหวัดนนทบุรีขึ้นมาอีกครั้งหนึ่ง อำเภอนนทบุรีจึงเปลี่ยนชื่อกลับมาเป็น "อำเภอเมืองนนทบุรี" ตั้งแต่นั้น

ตลอดเวลาที่ผ่านมาได้มีการปรับปรุงเขตการปกครองระดับตำบลภายในท้องที่อยู่เนือง ๆ เช่น ตำบลบางไผ่ถูกยุบรวมเข้ากับตำบลบางศรีเมือง ตำบลบางข่าถูกยุบรวมเข้ากับตำบลบางกร่าง เป็นต้น จนกระทั่งในวันที่ 8 พฤษภาคม พ.ศ. 2490 ได้มีประกาศกระทรวงมหาดไทยจัดตั้งตำบลขึ้นใหม่อีกครั้ง โดยแบ่งพื้นที่หมู่ที่ 6–10 (ในขณะนั้น) จากตำบลบางศรีเมืองมาจัดตั้งเป็นตำบลบางไผ่ และรวมพื้นที่หมู่ที่ 6–10 (ในขณะนั้น) ของตำบลไทรม้าและหมู่ที่ 11 (ในขณะนั้น) ของตำบลบางกร่างมาจัดตั้งเป็นตำบลบางรักน้อย มีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 1 มิถุนายน ปีเดียวกัน อำเภอเมืองนนทบุรีจึงแบ่งออกเป็น 10 ตำบลจนถึงทุกวันนี้

เมื่อ พ.ศ. 2535 ที่ว่าการอำเภอเมืองนนทบุรีได้ย้ายที่ตั้งอีกครั้งหนึ่งจากบริเวณโรงเรียนราชวิทยาลัยเดิม ไปอยู่ที่ศูนย์ราชการจังหวัดนนทบุรี ถนนรัตนาธิเบศร์ ใกล้ทางแยกแคราย หมู่ที่ 8 ตำบลบางกระสอ

ที่ตั้งและอาณาเขต

อำเภอเมืองนนทบุรีตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ของจังหวัด มีอาณาเขตติดต่อกับเขตการปกครองข้างเคียงดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับอำเภอปากเกร็ด มีคลองบางบัวทอง, คลองแม่ร่องกร่าง, คลองวัดแดง, แนวกึ่งกลางแม่น้ำเจ้าพระยา และคลองบางตลาดเป็นเส้นแบ่งเขต
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับเขตหลักสี่และเขตจตุจักร (กรุงเทพมหานคร) มีคลองประปาเป็นเส้นแบ่งเขต
• ทิศใต้ ติดต่อกับเขตบางซื่อ (กรุงเทพมหานคร) และอำเภอบางกรวย มีคลองบางเขน, แนวกึ่งกลางแม่น้ำเจ้าพระยา, คลองบางกรวย, คลองธรรมบาล, ถนนบางไผ่พัฒนา, ซอยบางไผ่ ซอย 3 (วัดรวกบางสีทอง), ซอยบางกรวย-ไทรน้อย 30 (วัดรวกบางสีทอง), คลองบางสีทอง, คลองวัดสนาม, ถนนบางศรีเมือง 1, แนวรั้วหมู่บ้านเยาวพรรณ, คลองวัดแดง และคลองบางกอกน้อยเป็นเส้นแบ่งเขต
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับอำเภอบางใหญ่และอำเภอบางบัวทอง มีคลองวัดยุคันธราวาส, ถนนหลังวัดยุคันธราวาส, ซอยบางกร่าง 25 (หน้าค่าย), ทางหลวงท้องถิ่น นบ.ถ 1-0010 (โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาพัฒนาการฯ - วัดสวนแก้ว), คลองวัดประชารังสรรค์, คลองอ้อม และคลองบางรักใหญ่เป็นเส้นแบ่งเขต