久原鉱業所の製作所部門が軌道に乗ったことを受け、1918年に株式会社日立製作所を資本金1000万円で設立し、久原鉱業所から資本面で独立した。創業者の久原房之助氏が機械部門への多角化に消極的だったため、小平浪平氏は独立を選択。同年10月には生産拠点拡大のため東京の佃島製作所を合併し「亀戸工場」として継承。したがって設立時は創業地の日立工場と亀戸工場の2拠点体制となった。

第一次世界大戦後の不況を受けて経営難に陥っていた笠戸造船所(山口県下松市)を取得。機関車(鉄道車両)の製造を開始した

軍需対応のため全国各地の電機メーカーを買収。戦時中に18工場を運営し、日本有数の電機メーカーに発展

1969年12月、建設機械事業を会社分割し、日立建設機械製造（現日立建機）として分離独立させた。電機事業に集中するための事業ポートフォリオ整理の一環であり、その後日立建機は2022年に持分法適用会社化された。

1982年6月、欧州統括拠点としてHitachi Europe Ltd.を設立した。家電・産業機器・情報通信など複数事業の欧州販売およびサービス機能を集約し、欧州市場での事業展開の体制基盤となった。

1989年2月、シンガポールにHitachi Asia Pte. Ltd.（現Hitachi Asia Ltd.）を設立した。アジア地域における販売・マーケティング機能を集約する統括拠点として位置づけられ、その後ASEAN・南アジアでの事業拡大を支えた。

1994年10月、中国本土事業の統括会社として日立（中国）有限公司を設立した。中国市場における家電・情報通信・産業機器事業を一元管理する体制を整え、1990年代以降の中国事業拡大の基盤となった。

IBMが手放したHDD製造事業を買収。買収時点でグローバルで11つの製造拠点・従業員数2.4万名で運営していた。2012年に48億ドルで売却して日立製作所の財務体質の改善に寄与

火力発電システムの事業統合を決定。三菱重工65%・日立製作所35%の出資比率で「三菱日立パワーシステム」を設立した。日立製作所としては祖業である電機を縮小する意図があったと推定されるが、完全撤退によるハレーションを考慮して三菱重工との合弁会社の設立を選択したと思われる。

2016年4月、マーケット別事業体制であるビジネスユニット制を導入した。顧客起点の事業運営を徹底するため、産業・電力・社会・情報通信等を市場軸で再編成し、社会イノベーション事業の強化基盤とした。

ソフトウェア開発を強化するために、日立情報システムズ、日立ソフトウェアエンジニアリング、日立システムアンドサービスの3社を吸収合併

鉄道におけるシステム事業を強化するために、フランスのThales社を2,150億円で買収。欧州を中心に車両および信号システムを納入することで、グローバルな鉄道事業の展開を意図した。

2020年に日立製作所は子会社の日立ハイテクの株式を取得。2024年に日立ハイテクを吸収合併し、日立製作所としてヘルスケア事業に注力する方針を表明した。ヘルスケア事業における医療機器の製造を強化するため、2023年11月にひたちなか市足崎（茨城県）において9万平方メートルの土地を取得。