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Desde época temprana se llamó «real sitio de San Ildefonso» a la propiedad de la Corona asentada sobre una antigua ermita que los Reyes Católicos cedieron en 1477 al Monasterio del Parral. «Real sitio» no formaba parte del nombre propio sino que designaba la condición del lugar, como residencia de la Corona. El ayuntamiento se constituyó el 20 de mayo de 1810 como San Ildefonso, con el título de villa. Con la Segunda República el municipio pasó a llamarse oficialmente San Ildefonso-La Granja, porque ya gestionaba los núcleos de Riofrío, Valsaín y La Pradera de Navalhorno. Durante el franquismo se fomentó el nombre La Granja, y el 26 de febrero de 2009 el pleno del ayuntamiento acordó adoptar la denominación actual.
La historia del municipio está muy unida a la de sus palacios reales. El primero fue el de Valsaín, fundado por Enrique IV de Castilla como refugio de caza, de modo que el territorio cuenta con un palacio desde la dinastía Trastámara. Fue una de las residencias de Felipe II, que celebró allí los festejos de su cuarta boda. Hoy está en ruinas, pero tuvo el privilegio de ser el primer palacio de los reales sitios.