המועצה הוקמה בשנת 1950[6] ונקראה בתחילה "מודיעים", על שם היישוב מימי החשמונאים, מודיעים.
בשנת 1999 התמודד לראשות המועצה דוד טוביאנה, תושב המושב בית נחמיה. טוביאנה עבד אז כממונה על התקציבים במנהל לחינוך התיישבותי במשרד החינוך. בעת מסע הבחירות שלו עלו חשדות שהוא שילם לכנס בחירות מכספי עמותה המתוקצבת על ידי המנהל[7]. טוביאנה נבחר לראשות המועצה אך בהמשך התגלה שהוציא כספים נוספים שלא כדין לצרכים פרטיים ולצורך ניהול מערכת הבחירות לראשות המועצה. באוגוסט 2001 המליצה המשטרה להעמיד אותו לדין[8], אך טוביאנה, שהיה מקורב למפלגת ש"ס ולשר הפנים אלי ישי, לא הועמד לדין ונשאר בתפקידו[9]. באוגוסט 2002, עתר חבר המועצה טימי ברנרד לבג"ץ, בבקשה להורות ליועץ המשפטי לממשלה, אליקים רובינשטיין, להעמיד לדין פלילי את טוביאנה[10][11]. בבחירות לראשות המועצה ב-2004 הפסיד טוביאנה ובהמשך הועמד לדין ונידון ל-4 שנות מאסר[12].
בדצמבר 2000, הוקמה ועדת חקירה לבדיקת איחודן של העיריות רמלה ולוד,את צירוף שטח נתב"ג (שהיה חסר מעמד מוניציפלי) לעירייה המשותפת, וכן את העברת שטח "איירפורט סיטי" מחבל מודיעין ללוד. מטרת ההצעה לצירוף נתב"ג ואיירפורט סיטי הייתה צירופם של אזורי תעשייה ומסחר לעיר המאוחדת רמלה-לוד, מהם היא תוכל לגבות ארנונה מסחרית. כחודש לאחר מכן שונה כתב המינוי של הוועדה, ועל פי דרישה מפורשת של שר הפנים חיים רמון, נמחק בו הקטע הדן באיירפורט סיטי. ב-2002, שוב הוקמה ועדת חקירה לבדיקת תחום עיריית לוד בגבולה עם המועצה האזורית חבל מודיעין ועם נתב"ג בראשות פרופסור אריה שחר, אך שוב מתחם איירפורט-סיטי לא נכלל בדיון[13]. במשך השנים התלוננה עיריית לוד שמתחם איירפורט סיטי משך עסקים רבים מלוד, מאחר שתעריף הארנונה בו הוא שליש מתעריף לוד[14]. באוקטובר 2014 הודיע שר הפנים גדעון סער שהחליט להעביר את איירפורט סיטי ללוד, למטרת חיזוק חוסנה הכלכלי של העיר, אך החלטה זו לא בוצעה[15].
בינואר 2008, הציע שר הפנים, מאיר שטרית, מהלך של איחוד רשויות מקומיות, בין השאר איחוד מועצה אזורית חבל מודיעין עם המועצה האזורית גזר. מטרות התוכנית היו ביטול כפילויות באדמיניסטרציה, חיסכון כספי וייעול השירות לתושבים[16]. התוכנית בוטלה לאחר זמן קצר בעקבות לחצים מצד ראשי הרשויות[17].
ראש המועצה מאז 2004 הוא שמעון סוסן. בדצמבר 2017 נחקר סוסן בפרשת השחיתות המכונה תיק 1803[18], אך לבסוף לא הועמד לדין[19].
ב-1 ביוני 2020 אושרה להפקדה תוכנית להקמת פארק תעשיות רג"מ אשר יהווה מנוף כלכלי חשוב למועצה ויצור כ-20 אלף מקומות עבודה חדשים[20].
בדצמבר 2021, הכריזה שרת הפנים איילת שקד על חבל מודיעין כרשות איתנה, לאחר שנמצאה ללא גירעון שוטף וללא מענק איזון, התנהלותה תקינה ונמצאה כמסוגלת לנהל את כל עניינה באופן עצמאי. בכך הצטרפה ל-28 רשויות איתנות במדינה ול-7 רשויות נוספות שהוכרזו יחד איתה.[21]
