El Rayo se fundó el 29 de mayo de 1924, en el domicilio de Doña Prudencia Priego, viuda de Huerta. Primer presidente: Julián Huerta.
El uniforme original del equipo fue camiseta y pantalón blanco y medias negras con vuelta blanca.
En la temporada 1949-50 se firma un acuerdo de colaboración con el Atlético de Madrid, lo que hace que se cambie el uniforme y se añada a la camiseta una franja diagonal roja. Estos colores se han mantenido hasta nuestros días.

Temporada 1931- 32:
Se crea la Federación Obrera de Fútbol y el Rayo se inscribe en ella, participando en sus campeonatos hasta el inicio de la Guerra Civil española.

Temporada 1939 – 40
Se reorganiza el Club y se nombra presidente a Miguel Rodríguez Alzola.
Se inscribe a la Agrupación en la Federación Castellana de Fútbol.
Comienzan las obras del campo "Rodival".

Temporada 1947 – 48
En la junta celebrada el 13 de noviembre de 1947 se acuerda cambiar el nombre de "A.D. el Rayo" por el de " A.D. Rayo Vallecano", añadiendo al escudo el del Ayuntamiento, previo consentimiento de éste.

Temporada 1948 – 49
Se logra el ascenso a Tercera División, siendo presidente Miguel Rodríguez Alzola y entrenador Tomás Rodríguez Rubio.

Temporada 1951 – 52
Se firma un acuerdo de ayuda mutua con la A.D. Plus Ultra.

Temporada 1952 – 53
Empiezan a disputarse en "Vallecas" los partidos de Tercera División y algunos del Campeonato de Aficionados.

Temporada 1953 – 54
Se juegan los últimos partidos en el histórico "Rodival".

Temporada 1955 – 56
Se logra el ascenso a Segunda División, siendo presidente Jerónimo Martínez Fernández y entrenador Cándido Manchado.

Temporada 1956 – 57

El 8 de diciembre de 1956 se inaugura el Estadio de Vallecas con un partido amistoso frente al Carioca América de Bello Horizonte, que gana en encuentro por 0 – 1.

Temporada 1964 – 65
Después de descender a Tercera División en la temporada 1960 – 61, se logra nuevamente el ascenso a Segunda División. Presidía el Club Juan Roiz Morante y entrenaba Pedro Eguiluz.
Esta temporada fue nombrado Socio de Honor Santiago Bernabéu, al que se le impuso la insignia de oro y brillantes del Club.

Temporada 1972 – 73
El 15 de octubre de 1972 se juega el último partido en el Estadio de Vallecas (Rayo 2 – Baracaldo 2). El 5 de noviembre de 1972 se disputa el primer partido oficial en Vallehermoso.

Temporada 1973 – 74
Se celebran las Bodas de oro de la Agrupación Deportiva Rayo Vallecano. Es presidente Marcelino Gil Blázquez y entrenador José Antonio Olmedo.

Temporada 1975 – 76
El 6 de junio de 1976 se inaugura el Nuevo Estadio de Vallecas con el partido Rayo – Valladolid, que ganaron los pucelanos por 0 - 1.

Temporada 1976 – 77
Se consigue el primer ascenso a Primera División sin perder ningún partido en el Nuevo Estadio de Vallecas.
Presidente: Marcelino Gil Blázquez.
Entrenador: Javier García Verdugo.

Temporada 1977 – 78
Magnífico debut en la Primera División con Héctor Núñez de entrenador.
El Rayo es conocido con el apelativo de "Matagigantes".

Temporada 1979 – 80
Se alcanza la cifra récord de 10.000 socios con el fichaje de Fernando Morena.
Presidente: Francisco Encinas.
El equipo desciende a Segunda División.

Temporada 1983 – 84
Descenso del equipo a Segunda "B"

Temporada 1984 – 85

Se logra el tercer ascenso a Segunda División con Francisco Fontán de Presidente y Eduardo Caturla de entrenador.
Las dos siguientes temporadas entrenó al equipo Héctor Núñez.

Temporada 1988 – 89
Dimite Francisco Fontán y se convocan elecciones a la presidencia que gana Pedro García.
Se consigue el ascenso directo a Primera División con Félix Barderas, "Felines" de entrenador.

Temporada 1989 – 90
Descenso a Segunda División.

Temporada 1991 – 92
El Club se convierte en Sociedad Anónima Deportiva de la mano de José María Ruiz – Mateos, que se hace cargo de la institución en un momento de crisis económica.
Se alcanza el ascenso a primera División con José Antonio Camacho de entrenador, que sustituyó durante la temporada a Eusebio Ríos.

Temporada 1993 – 94

El 12 de enero de 1994 es nombrada Presidenta Teresa Rivero Sánchez – Romate tras renunciar al cargo su marido José María Ruiz – Mateos, que sigue siendo accionista mayoritario.

El equipo se clasifica en el puesto 17º y tiene que disputar la promoción por la permanencia con la S.D. Compostela, que vence en el partido de desempate disputado en Oviedo por 1 – 3.

Dirigió al equipo David Vidal.

Temporada 1994 – 95

El 6 de noviembre de 1994 se nombra entrenador a Francisco García, "Paquito", tras el cese de David Vidal.
En la Copa del Rey se alcanza la 5ª eliminatoria después de eliminar al Numancia, Andorra, Rácing de Santander y Palamós. El equipo cae eliminado en las puertas de las semifinales por el Sporting de Gijón.
En la liga se consigue el 2º puesto y se alcanza el 4º ascenso a Primera División.

Temporada 1995 – 96

El 21 de enero se produce un histórico triunfo ante el Real Madrid de Jorge Valdano en el Estadio Santiago Bernabéu por 1 – 2, ambos goles de Guilherme.
En la liga se clasifica el equipo en 19ª posición, y se disputa la promoción con el Real Club Deportivo Mallorca. La ida se pierde por 1 – 0 y en la vuelta en Vallecas se gana por 2 – 0, logrando la permanencia en Primera División un año más. Esta temporada entrenaron al equipo Pedro María Zabalza, Francisco Baena, Marcos Alonso y Fernando Zambrano.

Temporada 1996 – 97
Se establecen cuatro puestos de descenso directo y uno de promoción con el fin de reducir la Primera División a 20 equipos.
El 15 de octubre de 1996 se gana en el Vicente Calderón al Atlético de Madrid por 1 – 3, con goles de Guilherme, Andrijasevic y Cota.
Al final de la competición, se ocupa el puesto 18, lo que obliga nuevamente a disputar la promoción con el Mallorca, que la gana por el valor doble de los goles, al vencer 1 – 0 en la isla y perder 2 – 1 en Vallecas. Esto supone el descenso a Segunda División.
Entrenaron al equipo Francisco García, "Paquito", Fernando Zambrano y Máximo Hernández.

Temporada 1997 – 98
Décimo puesto al final de la liga. Entrenó Josu Ortuondo.

Temporada 1998 - 99
El cuarto puesto al final de liga permite disputar promoción de ascenso. Se disputa con el Extremadura, al que se derrota por 0 – 2 en Almendralejo y 2 – 0 en el partido de vuelta en Vallecas, por lo que se asciende por quinta vez a Primera División.
En el partido de vuelta de la promoción se alcanzó un lleno histórico, teniendo que instalarse pantallas en la calle para las 3.000 personas que no pudieron acceder al estadio. Tras el ascenso, se produjo la mayor celebración recordada en Vallecas, con 20.000 aficionados reunidos en la nueva Fuente de Vallecas.
El entrenador fue Juande Ramos.
En 1999 se celebró el 75 Aniversario del Club con multitud de actos y para el que se editó un cartel conmemorativo.

Temporada 1999 – 2000
Novena temporada del equipo en Primera División. Sigue como entrenador Juande Ramos.
El equipo hace historia al alcanzar por vez primera el liderato de la Primera División, tras ganar los cuatro primeros partidos al Atlético de Madrid, Mallorca, Real Sociedad y Celta. El liderato se repetiría en las jornadas 8ª, 10ª y 11ª.
El Club con el penúltimo presupuesto de Primera División causa sensación en Europa, siendo noticia en diarios y revistas de todo el continente.
La Liga se finaliza en 9ª posición con 52 puntos, 51 goles a favor y 53 en contra. Se gana el Trofeo al Juego Limpio y se participa en el sorteo de tres plazas para la Copa de la UEFA. Una de las plazas se asigna al Rayo Vallecano, que de esta forma jugará la próxima temporada en Europa.
A finales de agosto de 1999, los abonados del Club aprueban en referéndum añadir el nombre de la Presidenta al del estadio, que pasa a denominarse "Campo de Fútbol de Vallecas, Teresa Rivero".

Temporada 2000 – 2001
Décima temporada en Primera División y primera participación de la historia del Club en competiciones europeas.
La Copa de la UEFA marca la primera temporada del siglo XXI como la más brillante en la historia del Club.
La participación en la Copa de la UEFA es un gran éxito social y deportivo, porque se alcanzan los cuartos de final después de eliminar sucesivamente al Constelación de An
El equipo es eliminado en cuartos de final por el Alavés, después de perder 3 – 0 en la ida y ganar a los vitorianos 2 –1 en la vuelta en Vallecas.
La Liga se acaba en 14ª posición con 43 puntos, 56 goles a favor y 68 en contra.

Temporada 2001 – 2002
Undécima temporada en Primera División. Dirige el equipo Andoni Goicoechea, al que sustituye durante la temporada Gregorio Manzano, que salva al equipo de lo que parecía un descenso seguro a Segunda División.
Se termina la competición en 11º puesto con 49 puntos y 46 goles a favor y 52 en contra.

Temporada 2002 – 2003
Duodécima temporada en Primera División y quinta consecutiva. Dirigen el equipo sucesivamente Fernando Vázquez, Gustavo Benítez y Antonio Iriondo, que no pueden salvarle del descenso a Segunda División.
La Liga se acaba en el último lugar, con 32 puntos, 31 goles a favor y 62 en contra.

Temporada 2003 – 2004
Desastrosa temporada en la que dirigen al equipo Julen Lopetegui, Jorge D'alessandro y Chechu Rojo y en la que se consuma el descenso a la Segunda B.
El equipo, con jugadores de renombre y planificado para el ascenso, cae en dos años de la Primera División a la Segunda B. Acaba la Liga en el puesto 21º, con 43 puntos y 45 goles a favor y 63 en contra.

Temporada 2004 – 2005
Se elige a Carlos Orúe como técnico para buscar el inmediato ascenso a Segunda División. El equipo se clasifica tercero del grupo I, y se disputa el play off de ascenso. La primera eliminatoria resulta fatal al ser eliminados por el Real Unión de Irún por 1 – 1 la ida en Vallecas y 1 – 0 la vuelta en Irún.

Temporada 2005 – 2006
El técnico para esta temporada es José Miguel Martín del Campo, "Míchel".
El equipo finaliza la liga regular en 5º puesto y no logra clasificarse para los play off de ascenso. Se obtienen 62 puntos, con 48 goles a favor y 34 en contra.

Temporada 2006 – 2007
Tercera temporada en Segunda B. El técnico elegido es Pepe Mel.
La liga regular la termina el equipo en segunda posición, con 67 puntos, por detrás del Pontevedra. Se logra la clasificación para los play off de ascenso y el sorteo de promoción coloca al equipo en el grupo D. El resultado de la promoción es el siguiente:
Hospitalet 0- Eibar 0 y Eibar 2 – Hospitalet 0
Portuense 0 – Rayo 2 y Rayo 2 – Portuense 2
En esta primera eliminatoria se produce un desplazamiento de 1.000 aficionados rayistas al Puerto de Santa María en un viaje lleno de colorido y ambiente, y se derrota al Rac
La eliminatoria final por el ascenso se disputa con el Eibar.
El primer partido se juega en el Teresa Rivero, con lleno absoluto en las gradas. Se derrota al Eibar por 1 a 0, gol de Piti.
El encuentro de vuelta supone un desplazamiento masivo de seguidores a la ciudad guipuzcoana, que regresan con sabor de derrota porque el partido final supone una nueva decepción: se pierde el partido por 2 – 0, ambos goles en la primera parte. La derrota supone continuar un año más en segunda B.

Temporada 2007 – 2008
Cuarta temporada consecutiva en segunda B, para la que se renueva a Pepe Mel como entrenador. Se incorpora al Club Felipe Miñanbres como secretario técnico.
El equipo se proclama campeón el grupo I, con 70 puntos, 3 por encima del Pontevedra.
Se disputa un año más el play off por el ascenso a Segunda A.
La primera eliminatoria se disputa frente al Benidorm, y se logra el pase a la final tras empatar a un gol (Manolo) en el estadio Foietes y vencer en la vuelta por 1 – 0.
La final se disputa frente al Zamora, que había eliminado en la primera eliminatoria al Linares.
Más de mil aficionados rayistas se acercan a la ciudad castellana a presenciar el choque de ida: se logra la victoria por 0 – 1 (Amaya) y se pone ya un pie y medio en Segunda.
El partido de vuelta es una gran fiesta, con el Teresa Rivero lleno a rebosar. Se adelanta el Rayo en el marcador (Pachón), pero a pocos minutos para el final empata el Zamora y llena de incertidumbre los últimos minutos del encuentro. Al final 1-1 y explosión de júbilo en Vallecas por el ascenso a Segunda A. Después de cuatro temporadas en Segunda B, se logra regresar al fútbol profesional.
Por otro lado, el equipo femenino se proclama Campeón de la Copa de la Reina al derrotar en la final al Levante.
El equipo juvenil de División de Honor se proclama campeón de la liga del grupo V.

Temporada 2008 – 2009
Regreso al fútbol profesional después de cuatro años en Segunda B. Dirige al equipo por tercer año consecutivo Pepe Mel.
Se realiza una temporada excelente, y después de soñar con el ascenso a Primera División en muchas fases de la campaña, se finaliza la competición en quinta posición con 70 puntos, 55 goles a favor y 39 en contra.
El equipo femenino se proclama por vez primera Campeón de la Superliga, y se clasifica para disputar la Women Champion's League.

Temporada 2009-2010
Segunda temporada en la Liga Adelante después del ascenso. Continúa como técnico Pepe Mel.
Tras una brillante primera vuelta del campeonato en la que rozamos los puestos de ascenso, el equipo entra en una crisis de resultados después de Navidad y el entrenador es sustituido por el Director Deportivo Felipe Miñambres, que se hace cargo del equipo hasta final de temporada. Se finaliza en 11ª posición, pero a solo tres puntos del descenso a Segunda B.
El equipo femenino debuta en la Copa de Europa y es eliminado por el Rosiyanka ruso en la primera eliminatoria.
Vuelve a proclamarse por segundo año consecutivo campeón de la Superliga tras eliminar al Español de Barcelona en la eliminatoria final. También juega la final de la Copa de la Reina ante el Español y cae derrotado, logrando así el subcampeonato de España.
Grandioso éxito del equipo filial que logra por primera vez en su historia el ascenso desde Tercera División de la mano de José Ramón Sandoval. En el play off de ascenso elimina al Hospitalet y consigue subir a Segunda B.

Temporada 2010 – 2011
Tercera temporada consecutiva en la Liga Adelante. Se hace cargo de la dirección técnica del primer equipo José Ramón Sandoval.
Los problemas económicos acechan al Club y a la plantilla de jugadores y de empleados, que están varios meses sin cobrar. La sociedad entra en situación de pre concurso de acreedores.
La crisis económica que afecta a España se hace especialmente dura con el Club, y la familia Ruiz Mateos, propietaria de la mayoría de las acciones de la entidad, se ve obligada a venderla y desprenderse así de la propiedad y gestión del Rayo Vallecano. El nuevo propietario es Raúl Martín Presa, que aporta fondos para que el Club pueda resistir hasta final de temporada y sus equipos logren seguir compitiendo en sus respectivas ligas.
El 27 de junio de 2011 el Club entra finalmente en concurso de acreedores. A partir de este momento, la gestión económica del Club depende de los tres administradores judiciales que determina el juez.
El grandioso éxito que cosecha el equipo, alcanzando el segundo puesto de la clasificación al final de temporada, solo por detrás del Betis, y logrando así el ascenso a Primera División sin necesidad de disputar el play off de ascenso (establecido como novedad esta temporada) , compensa las penurias sufridas durante todo el año y es la tabla de salvación del Club, que ve en la Liga BBVA la posible solución a sus enormes problemas económicos
Al gran éxito del primer equipo hay que sumar la magnífica temporada del Rayo B, en Segunda B por primera vez en su historia. Lo dirige José Manuel Jimeno y alcanza un excelente sexto puesto en la clasificación final.
El equipo femenino también alcanza el éxito y se proclama por tercera vez consecutiva campéon de la Superliga femenina y vuelve a obtener plaza para disputar la UEFA Champions League en la temporada 2011 – 2012. Dirige el equipo José Ramón Hernández.
Esta temporada el equipo femenino disputa por segunda vez la Copa de Europa y elimina en la primera eliminatoria al Valur de Reykiavic (Islandia) pero cae eliminado en octavos de final por el Arsenal inglés, después de derrotarle en el Teresa Rivero por 2 a 0 en un histórico partido.
El 5 de mayo de 2011, se hace oficial la venta del club por parte la de familia Ruiz-Mateos al empresario madrileño Raúl Martín Presa, que se hace con el 98,6% de las acciones. El empresario asume la deuda actual del club y se compromete a pagar en plazos los salarios atrasados a los jugadores y cuerpo técnico, a la espera de que se certifique el ascenso a la Primera División.
El día 22 de mayo de 2011 logran matemáticamente el ascenso a Primera división ganando 3-0 al Xerez CD. El equipo dirigido por Sandoval volvería a jugar la máxima categoría del fútbol español 8 años después, siendo el sexto ascenso de su historia a la Primera.
El 20 de junio, dos meses después de tomar las riendas del club, el presidente Martín Presa anuncia la entrada del Rayo Vallecano en Ley Concursal.

Temporada 2011-12
Para el comienzo de la campaña 2011/12, llegan al club jugadores como Dani Pacheco (del Liverpool FC), Botelho (del Arsenal), Raúl Bravo (del Olympiakos), Suéliton Pereira (de la 2ª división brasileña), Raúl Tamudo, Michu, Trashorras, Labaka, y Koke. En el mercado de invierno destacan Diego Costa y el regreso de Armenteros, cecidos por el Atlético de Madrid y el Sevilla respectivamente. Finalmente, tras una última jornada agónica, se logra la salvación tras ganar 1-0 al Granada CF en el tiempo añadido con gol de Raúl Tamudo, en un partido para recordar.
El 22 de junio se hace oficial la llegada al banquillo de Paco Jémez, proveniente del Córdoba C.F.

Temporada 2012-13
La temporada 2012/13 la termina el Rayo en 8ª posición con 53 puntos, siendo la mejor temporada (tanto en puntos como en clasificación) de la historia del equipo. Esa temporada el Rayo Vallecano consigue clasificarse para UEFA Europa League tras la sanción impuesta al Málaga CF pero al encontrarse sumido en un proceso de ley concursal no se le concede la licencia.

Temporada 2013-14
El 12 Agosto del 2013 muere Marcelino Gil Blázquez ex-presidente del Rayo Vallecano. En lo deportivo el equipo dirigido por Paco Jémez logra la permanencia en Liga BBVA tras un tramo final de campaña espectacular. Nace el Juntos Podemos que redecora la imagen del fondo del Estadio de Vallecas sin grada. Un slogan que recoge el espíritu que hizo posible un gran logro deportivo en el año del 90 Aniversario del Club.
Porque el 29 de mayo de 2014 se celebra el 90 cumpleaños de la institución.

Temporada 2014-15
En esta campaña el primer equipo consiguió una nueva marca histórica. Finalizando en la decimoprimera posición de la Liga con 49 puntos, el Rayo Vallecano consiguió por primera vez la que será quinta temporada consecutiva en la élite del fútbol español, logro nunca alcanzado con anterioridad.

Temporada 2015-16
La temporada arranca con la campaña "Soy rayista, soy solidario" con la que el Club reconoce y refleja en las equipaciones de juego, la inmensa labor de "los héroes anónimos de la sociedad".
Se comienza la quinta temporada consecutiva en Primera, superando el récord de abonados de la historia del Rayo Vallecano cifrado en 11007 en la campaña 2002/03.
Al final de la temporada el primer equipo desciende a Segunda división.

Temporada 2016-17
Se comienza la temporada superando los 9.000 abonados, cifra récord del Rayo en Segunda.
José Ramón Sandoval, Rubén Baraja y Míchel son los entrenadores del primer equipo en una temporada en la que se finaliza en decimosegunda posición en la tabla con 53 puntos.
A la finalización de la temporada David Cobeño es nombrado director deportivo del Club sustituyendo a Ramón Planes en el cargo.
El Rayo Femenino realiza una gran temporada en Liga Iberdrola jugando la Copa de la Reina.

Temporada 2017-18
El Rayo Vallecano comienza su segunda temporada en Segunda División al mando de Míchel. El año termina de la mejor manera posible, escribiendo un nuevo hito en la historia del Club. El conjunto franjirrojo asciende a Primera División y se proclama Campeón de Liga de la categoría de plata por primera vez en sus 94 años de vida.

Temporada 2018-19
La afición se vuelca con el equipo y se bate un nuevo récord de abonados, superando la cifra de 13.000. A pesar del apoyo recibido, el equipo no logra mantener la categoría y desciende de nuevo a Segunda División.

Temporada 2019-20
El equipo compite en Segunda División con el objetivo del ascenso y el barrio vuelve a volcarse con el equipo. Se alcanza una nuevo récord de abonados del Club en Segunda, llegando a la cifra de 10.360. El objetivo no se consigue y los franjirrojos se quedan a las puertas de los puestos de play-off, acabando en séptima posición.

Temporada 2020 -21
El Rayo afronta su segunda temporada consecutiva en la categoría de plata, con Andoni Iraola en el banquillo. Tras conseguir entrar en el playoff se consigue el ascenso a LaLiga Santander tras superar al Leganés en semifinales y al Girona FC en la gran final.