La comuna de Peñalolén limita al norte con la comuna de La Reina siendo el límite con esta la avenida José Arrieta, desde la avenida Américo Vespucio hasta el Canal Las Perdices. Desde este punto el límite sigue por calle Talinay hasta la cumbre del Cerro San Ramón, en este punto limita además con las comunas de Las Condes y Lo Barnechea..

Al poniente limita con las comunas de Ñuñoa y Macul siendo el límite la avenida Américo Vespucio desde la avenida José Arrieta por el norte, hasta la avenida Departamental por el sur.

Al sur limita con la comuna de La Florida, el límite se extiende por la avenida Departamental desde avenida Américo Vespucio hasta la cima del Cerro San Ramón a una altitud de 3.653 metros. En este punto limita además al oriente con la comuna de San José de Maipo.

El territorio comunal presenta una geografía que se puede clasificar en tres zonas, la primera correspondiente al valle bajo el canal San Carlos con una altura promedio de 560 msnm, donde se encuentra La Faena, Lo Hermida y San Luis de Macul; la segunda que va desde dicho canal hasta la falla de San Ramón a 900 msnm, donde se encuentra Peñalolén Alto y la viña Cousiño Macul; y la tercera que va desde dicha falla hasta la cumbre del cerro San Ramón, sobre los 3000 msnm, donde se encuentran las quebradas de Peñalolén y Macul.

Tras la fundación de Santiago, don Jerónimo de Larcon tomó posesión de este lugar, desmalezando el monte y creando chacras y tierras para la engorda de animales. Más tarde, el sector bajo fue comprado por el regidor don Diego de Hermida quien transformó el lugar en una aldea cuyos habitantes se dedicaron a la agricultura y ganadería. Construyó un camino que unía Santiago con su propiedad y lo llamó Camino Real de Peñalolén (actual Avenida Grecia). Este repartimiento fue pasando de heredero a heredero durante toda la Colonia, bajo el nombre de Hacienda de los Hermida, por esta razón el sector residencial ubicado en Avenida Grecia entre Américo Vespucio y el canal San Carlos es conocido como "Lo Hermida".

El marino genovés Juan Baustista Pastene, cultivo las tierras altas de la zona, siendo una de las más importantes el siglo XVI. La hija de Pastene se casó con don Francisco Rodríguez de Ovalle y siendo su hijo el padre Alonso de Ovalle. Tras su muerte de Ovalle en 1651, las tierras fueron cedidas a la congregación jesuita, quienes la realizaron importantes adelantos en la zona, fomentando la agricultura intensiva, las artes y oficios, hasta su expulsión de Chile en 1776.

La confiscación de los terrenos provocó su división en fundos menores. La mayor parte de ellos pasó a manos de Josefa Vicuña quien lo cedió al abogado don Juan Egaña por los servicios jurídicos prestados a la familia Vicuña.

Mariano Egaña, construye un parque en la hacienda, plantando especies traídas desde Europa. convirtiendose en un sitio para el descanso y el debate político e intelectual para personajes de la época: Benjamín Vicuña Mackenna, Eusebio Lillo, y Andrés Bello, crearon algunas de sus obras en el parque de Peñalolén.

Después de la Independencia de Chile, el terreno de la comuna se encontraba dividido en tres fundos: de Peñalolén propiedad de los Arrieta, Lo Hermida propiedad de los Von Schroeders y parte del fundo Macul propiedad de los Cousiño.

En 1869, el diplomático uruguayo José Arrieta y Perera, compra la Hacienda de Peñalolen, rediseñando el parque y realizando diversas construcciones en el área.

A comienzos del siglo XX, se empieza a dividir los antiguos terrenos de la hacienda, llegando en los años 20 a unas quince propiedades con aproximadamente mil habitantes.

En la décadas de 1950 y 1960 se comienzan a formar las áreas edificadas de Peñalolén, pobladas en su mayoría por gente venida desde otras regiones de Chile.

En los años 70, comienza las ocupaciones irregulares de terrenos, las "tomas" llevan a la construcción de campamentos en diversos puntos de la comuna.

El Decreto Ley Nº 1-3260 del 6 de marzo de 1981 crea administrativamente la comuna de Peñalolén. La fecha de creación de la Ilustre Municipalidad de Peñalolén fue el 15 de Noviembre de 1984.