Il territorio di Quartucciu doveva essere abitato fin dal periodo nuragico, vista la presenza della tomba dei giganti di Sa Dom'e s'Orcu, di diversi nuraghi (Juncus, Anna, Medadeddu e Piccìa) e di un vero e proprio complesso nuragico nell'area di Nuraxi Piccìa.
   Cittadina campidanese di origini romane, deve il suo nome alla distanza chr la separava da Cagliari, Quarto ab urbe lapide. Fa parte della XXIV Comunità "Serpeddì. Quartucciu, tanto tempo fa, venne messo a ferro e fuoco assieme a Quartu alcune volte dai vandali. Appartenne al Giudicato di Cagliari e fece parte della Curatoria del Campidano di Cagliari, detta anche di Civita. Passò poi sotto le dipendenze di Pisa nel XII sec. allorchè gli aragonesi attuarono la loro spedizione in Sardegna nel XIV sec., per la conquista dell'isola, sbarcarono nel golfo di Quartu e, subito dopo Quartucciu cadde in mano aragonese.

   Nel 1426 la Baronia di Quartu che comprendeva anche Quartucciu, venne concessa da Alfonso d'Aragona ad Antonio de Sena. Alienata la baronia ai De Sena nel 1491, il paese fu incorporato pochi anni dopo nel patrimonio regio. I secoli XVI e XVII furono e sono tra i peggiori che Quartucciu ha vissuto sia per le frequenti incursioni barbaresche, sia per la peste che vi dilagò con frequenza. Agli inizi del secolo XVIII la villa di Quartucciu concessa alla famiglia Pes andò risollevandosi. Nel 1717 venne occupata assieme a Quartu dalle truppe inviate dall'Alberoni alla riconquista della Sardegna. Passata l'isola ai Savoia nel 1720, venne confermato come feudo del re Vittorio Amedeo II e dal re Carlo Emanuele III alla famiglia Pes nel 1839. Quartucciu fu sempre comune a se, fece parte del mandamanto di Quartu S.Elena fino al 1928 anno in cui per virtù di poteri conferiti al Governo dal Regio Decreto 26 aprile divenne con Pirri, Selargius e Monserrato frazione di Cagliari. Con legge regionale, il 31 gennaio 1983 Quartucciu venne ricostituito in comune autonomo. Nel giugno 1983 si ebbero le prime elezioni del consiglio comunale di Quartucciu autonomo; primo sindaco venne eletto Gesuino Murru. Il 28 aprile 1997, è stato chiamato, con elezione diretta, l'ingegner Antonio Meloni.

   La zona fu abitata anche nel periodo punico ed in quello romano. Ritrovamenti, in tal senso, sono stati fatti in località Piscina Nuxedda (ambienti mosaicati) oltre alla rara tomba bizantina nella zona di Cuccuru Linu.
   Ma è lungo il medioevo che inizia a formarsi il primo nucleo di Quartucciu. È tutt'oggi difficile stabilire se già intorno al 1200 l'allora borgata di Quarto Suso o Quarto Tocho, così pare si chiamasse, fosse o no indipendente.
   Ci fu indubbiamente un aumento demografico. Certo è che nel 1327, con la Sardegna soggetta alla Corona, sotto il re Giacomo II d'Aragona, la futura Quartucciu risultava annessa al territorio di Quartu (Quartu josso o Quartu donnico).
   La baronia di Quartu passò di mano in mano da Giovanni de Sena ai marchesi di Villamarina, attraversando il 1500 ed il 1600 fra pestilenze e carestie, mentre nel frattempo (nel 1420) il piccolo borgo aveva già modificato il proprio nome in Quartucho.

   Lo scioglimento della suddetta baronia avvenne nel 1838, quando il territorio venne acquisito al Regio Patrimonio Piemontese e Quartucciu divenne comune autonomo. Fu questo uno dei periodi più felici per il paese che contava oltre 2000 abitanti, circa 500 famiglie tra cui alcune nobili, diventando luogo di incontro del patriziato cagliaritano, tanto che pare fosse lo stesso Carlo Felice a fare per da mossiere al Palio di San Pietro.
   Nel 1900, il fiume che transitava lungo l'attuale via Nazionale dividendo il paese in due parti e che aveva causato non pochi danni con le ultime due inondazioni (1881-1889), fu deviato verso lo stagno di Molentargius.
   Nel 1928 (R.D.L. 17/3/1927 n.383), Quartucciu divenne frazioni di Cagliari e tale resterà fino al 15 febbraio 1983 quando con legge regionale n. 7 del 31/1/83, riacquistò l'autonomia.
   Da 1990 fa parte della XXIV Comunità Montana Serpeddì.