No século XIX, a região ocupada por Moema era uma propriedade rural que pertencia a Joaquim Pedro Celestino. Na época, a mesma era cortada pelos trilhos de bonde a vapor que unia a cidade de São Paulo ao extinto município de Santo Amaro. Alguns documentos retratam que, desde 1880, havia um grande número de chácaras ocupadas por imigrantes ingleses e alemães.
Após o loteamento do Sítio da Traição em 1913, ocorreu a urbanização do bairro de Indianópolis. Da década de 1930 até 1965, era um bairro industrial, que atraía imigrantes russos e lituanos à região. Na década de 1970, recebeu investimentos privados em virtude de seu terreno plano, baixo custo e área útil. Em 1976, houve a inauguração do primeiro shopping center da região. Com esses avanços, o bairro sofreu um crescimento vertiginoso. No ano de 1987, recebeu o nome atual devido a uma mobilização popular. Por meio de um abaixo-assinado, houve a emancipação de uma parte do bairro de Indianópolis, tornando-se o atual bairro de Moema.
A região que corresponde ao atual distrito de Moema era uma área, segundo os primeiros documentos da região, de grandes chácaras que receberam imigrantes ingleses e alemães a partir de 1880. Seu crescimento econômico e populacional foi lento, assim como o dos outros bairros ao seu redor. O loteamento, com área de 4 424 571 metros quadrados (184 alqueires), teve início em maio de 1913 por Fernando Arens Jr. Mesmo assim, em 1920, Moema contava com apenas cerca de 4 mil habitantes. Os mais significantes sinais de crescimento aconteceram na década de 1960 na gestão do prefeito Faria Lima, quando a prefeitura retirou os bondes que vinham de Vila Mariana e tinham ponto final na estação Moema, onde os passageiros baldeavam para o bonde que ia da Estação Moema até Santo Amaro (eram duas linhas distintas, cujos pontos finais ficavam a poucos metros um do outro), pavimentou e arborizou a Avenida Conselheiro Rodrigues Alves e a Avenida Aracy (atualmente Avenida Indianópolis).
A população começou a crescer visivelmente na década de 1970, quando a região foi aproveitada por construtoras que investiram em seu clima agradável, terrenos planos e grandes lotes de baixo custo. As novas possibilidades atraíram muitos moradores para a região em franco desenvolvimento. Em 1976, foi inaugurado o Shopping Ibirapuera, um dos maiores e mais antigos do país.
A região de Moema não tinha esse nome até 1987. Esse foi o ano em que os moradores da região decidiram fazer um abaixo-assinado para alterar o nome do bairro, até então chamado de "Indianópolis" - que não era muito bem aceito pela população. O prefeito da cidade no período, Jânio Quadros, atendeu ao pedido dos moradores e o bairro (atualmente distrito) passou a ser chamado de Moema desde então. Entretanto, o bairro de Indianópolis, que faz parte do distrito, ainda conserva a antiga designação do distrito.
Atualidade
Atualmente, Moema é um dos bairros que tem melhor qualidade de vida da cidade. Sua população é formada pelas classes média alta e alta.
Algumas das vias do bairro são as mais caras da cidade para se morar. Segundo uma pesquisa do Sindicato da Habitação (Secovi), o bairro possui o aluguel mais caro da cidade, sendo classificado como "Zona de Valor A" pelo Conselho Regional de Corretores de Imóveis.
O bairro é subdividido em "Moema Pássaros" e "Moema Índios".
Moema Pássaros fica entre a Avenida Santo Amaro e a Avenida Ibirapuera e possui ruas com nomes de pássaros, como: Canário, Jacutinga, Inhambu, Gaivota, Pavão, Rouxinol, entre outras. É a parte mais próxima do Parque do Ibirapuera.
Já Moema Índios fica entre a Avenida Ibirapuera e a Avenida Moreira Guimarães, e é onde está localizado o Shopping Ibirapuera. Possui ruas com nomes indígenas, como: Maracatins, Nhambiquaras, Jandira, Jurema, entre outros. É a parte mais próxima do Aeroporto de Congonhas.
O bairro possui um forte comércio, que se localiza nos arredores das ruas Normandia, Gaivota e Canário e das avenidas Bem-Te-Vi, dos Eucaliptos e Pavão, onde há lojas de roupas, calçados, acessórios e até grifes internacionais; além da moda, também destaca-se no setor gastronômico. No bairro, encontra-se o Shopping Ibirapuera, um dos primeiros centros comerciais do país, e o consulado senegalês.
Anualmente, uma via do bairro torna-se atração durante a época natalina: a Rua Normandia, cujas 36 lojas recebem decoração e iluminação especiais no período, chegando a atrair mais de 300 000 visitantes para o local nessa época.
Os moradores do bairro e região formaram a Associação dos Amigos e Moradores de Moema, associação que luta pelo bem-estar do bairro.
Em 2016, Moema foi escolhida como o melhor IDH de São Paulo através de uma pesquisa que avaliou 95 distritos da cidade.