สถานีตำรวจนครบาลทุ่งสองห้อง ได้จัดตั้งตามประกาศกระทรวง มหาดไทยฉบับที่ 19 และได้ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่มที่ 111 ตอนพิเศษ 41 ง ลงวันที่ 30 กันยายน 2537 ซึ่งมีผลบังคับใช้หลังประกาศในราชกิจจานุเบกษา 60 วัน คือวันที่ 30 พฤศจิกายน 2537 สถานีตำรวจนครบาลทุ่งสองห้อง จึงเปิดทำการในเวลา 00.01 น. ของวันที่ 30 พฤศจิกายน 2537 โดยมีที่ทำการชั่วคราวอยู่ที่ สน.ย่อยชินเขต ถนนงามวงศ์วาน แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพมหานคร

ต่อมาในวันที่ 3 กุมภาพันธ์ 2538 ได้ย้ายไปที่ทำการเลขที่ 200/227-280 หมู่ที่ 2 ซ.แจ้งวัฒนะ 10 แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพมหานคร โดยเช่าอาคารพาณิชย์เป็นที่ทำการชั่วคราว และเมื่อวันที่ 1มิถุนายน 2541 ได้ย้ายเข้าที่ทำการใหม่ เลขที่ 444 หมู่ที่ 1 แขวงตลาดบางเขน เขตหลักสี่ กรุงเทพมหานคร ซึ่งได้รับงบประมาณก่อสร้างตามโครงการโรงพักเพื่อประชาชนเป็นการถาวร จนถึงปัจจุบัน