永定河历史上曾留下多条故道，其中离北京最近的大型故道有3条：第一条是由石景山区衙门口东流，沿八宝山北侧向东北，经海淀，循清河向东与温榆河相汇，为永定河在冲积扇上最古老的故道。
第二条是自卢沟桥开始，经看丹村、南苑，到马驹桥。据文献记载，此为三国至辽的永定河河道，历时900多年。
第三条是从石景山区衙门口一带东流，经田村、紫竹院，由德胜门附近入城内诸“海”，再转向东南，经石碑胡同、人大会堂西南、正阳门、箭楼、鲜鱼口、长巷三条、芦草园、孔桥湾、后池、红桥、龙潭湖西部，在贾家花园处流出城外。
因通过北京城内诸“海”，故有人称之为“三海大河”，此故道大约是从更新世末期到西汉时代的永定河故道。
辽以后，永定河自石景山南大荒进入丰台地区，流经东河沿、刘庄子、卢沟桥后，由北天堂流入大兴区境，形成现在的河道走向。
