Saint-Gratien vient du nom d’un jeune berger martyrisé au Ve siècle et canonisé par Dagobert Ier en 628. Une relique de saint Gratien est enterrée sous le maître-autel de l'église de la ville.

Au XVIIe siècle, le Maréchal Nicolas de Catinat hérite le territoire de Saint-Gratien. Disgrâcié en 1701, il trouve refuge dans son château à Saint-Gratien, construit en 1610 par son grand-père. Il partage son existence entre la culture des arbres fruitiers et la gestion de son domaine qui s’étend depuis Orgemont jusqu’aux rives du lac actuel d’Enghien. Il meurt à Saint-Gratien le 12 février 1712 et est inhumé dans la chapelle du village. En hommage à cet homme, la commune de Saint-Gratien a adopté les armoiries du Maréchal de Catinat en juillet 1994.

Saint Gratien a connu un developpement conséquent à la fin du XVIIIe siècle, période durant laquelle elle devient le site privilégié de villégiature des Parisiens qui y construisent des résidences secondaires.

En 1832, le marquis Astolphe de Custine y construisit un château (aujourd'hui appelé "Château de la Princesse Mathilde" en hommage à la Princesse Mathilde-Létizia Bonaparte, fille de Jérôme Bonaparte, qui l’acheta en 1853) dont les dépendances se trouvent 67, rue Sœur-Angèle.

Au XXe siècle, la commune connaît une urbanisation importante comme de nombreuses villes de banlieue parisienne, avec un essor de sa population et la rénovation de son centre-ville. De 1910 à 1970, le nombre d’habitants passe ainsi de 2 520 à 20 000.