ההכנות להקמתה של משטרה במדינה העתידה לקום החלו עוד לפני תום המנדט. לצורך זה מונה על ידי הסוכנות היהודית "צוות הקמה" במסגרת "וועדת המצב", בראשותה של גולדה מאירסון (מאיר). צוות ההקמה כלל את יחזקאל סחרוב (סהר), יוסף נחמיאס ושני קציני משטרה יהודים, בובי לוסטיג וטוביה קזין. חברי הצוות בחנו את מבנה משטרת המנדט וניסחו תכנית מפורטת לארגון משטרה וז'נדרמריה במדינה. בתאריך 21 בדצמבר 1947 הגיש סהר לבן גוריון את "ההצעה להקמת משטרה במדינה העברית". לאחר כשלושה חודשים, ב-26 במרץ 1948, הטיל בן גוריון על יחזקאל סהר את המשימה להקים את המשטרה ולכהן כמפקח הכללי הראשון שלה, עם הקמתה.

במקביל לעבודת המטה, החלו הכנות מעשיות לקראת הקמת המשטרה. הבולטת שבהן הייתה תהליך גיוס מועמדים לקורס הקצינים המשטרתי הראשון, אשר החל כבר בחודש פברואר 1948.

עם ההכרזה על הקמת המדינה, ביום 14 במאי 1948, החלה גם משטרת ישראל לפעול באופן רשמי. מסיבות של תקציב ובעיות ארגון, הוקמה המשטרה כחטיבה במסגרת המטה הכללי של צה"ל, עליו הוטלה האחריות לאספקת כוח אדם וציוד. הקמת המשטרה לוותה בקשיים רבים. מספר השוטרים היה מועט ורק לבודדים מהם היה ניסיון פיקודי או ניהולי. בשל מלחמת השחרור, ניתן למשטרה מקום נמוך יחסית בסדר העדיפויות הלאומי והיא נדרשה להסתפק בכוח אדם ובאמצעים שצה"ל דחה.

משטרת ישראל אורגנה במטה ארצי, שכלל אגפים כלליים שעסקו בתחומי המנהלה, החקירות, התכנון, כוח האדם והארגון, ובמחוזות, שחולקו לנפות ולתחנות. שיטה זו הייתה המשך ישיר לשיטה הבריטית, וגם מדי השוטרים והקצינים ודרגותיהם היו העתק מדויק של הדגם הבריטי. בניגוד לתכניתו של סהר, לא הוקמה ז'נדרמריה במקביל למשטרה.

תום מלחמת השחרור העמיד בפני המשטרה אתגרים חדשים ומשמעותיים. העשור הראשון לקיום המדינה התאפיין בעלייה המונית, במשבר כלכלי חריף, במאבקים על רקע פוליטי ובבעיות ביטחון מורכבות. נאמנה לתפיסתו של בן גוריון, שראה במשטרה כלי לחינוך האוכלוסייה לאזרחות טובה, מילאה המשטרה גם תפקיד חברתי, מלבד פעילות המשטרתית הרגילה. פעילות זו כללה בעיקר סיוע לעולים החדשים במעברות וביישובי הספר, בין היתר במסגרות התנדבותיות שיזמו השוטרים.

בעיה חריפה במיוחד היוותה ההסתננות הנרחבת לשטחי המדינה, אשר לוותה במעשי גניבה, חבלה, אונס ורצח. כחלק מהתמודדותה של המשטרה עם תופעה זו הוקמו בראשית שנות החמישים "מחלקות מיוחדות", אשר בהמשך הפכו לפלוגות משמר הגבול (מג"ב) וכן  המדור ללחימה בהסתננות (מל"ב) במטה הארצי, אשר ריכז את הפעילות המשטרתית בנושא.

בשנת 1953 אוחדו שלוש פלוגות משמר הגבול במסגרת חדשה: חיל משמר הגבול. על חיל זה הוטלה האחריות לשמירת הגבולות, לצד צה"ל. עם הקמת החיל נקבע, כי במצבי חירום יפעל משמר תחת פיקודו של צה"ל. קביעה זו מומשה בכל מלחמות ישראל והיא מיושמת גם כיום, בשטחי יהודה ושומרון.

שינויים דרסטיים בפריסת האוכלוסייה בארץ, בעקבות המלחמה והעלייה ההמונית וכן קשיי תקציב, גרמו לשינויים רבים ותכופים במבנה הארגוני של משטרת ישראל. במהלך העשור הראשון הוקמו, פורקו ואוחדו מחוזות בתדירות גבוהה יחסית.

עד לתום העשור הראשון לקיומה, עברה משטרת ישראל את שלב חבלי הלידה. המשטרה הוקמה אמנם על יסודות משטרת המנדט הבריטית, אך הצליחה להתמודד בכוחות עצמה עם קשיים רבים, שנבעו מנסיבות הקמתה הלא-פשוטות והמצב במדינה בכלל במהלך העשור הראשון לקיומה.

בשנת 1958 סיים המפכ"ל הראשון, יחזקאל סהר, את תפקידו בעקבות פרשת "שורת המתנדבים". מחליפו, יוסף נחמיאס, יזם שורה של רפורמות במבנה המשטרה ובשיטות פעולתה, אשר תרמו לשיפור יעילותה. בין היתר, חולקה האחריות על שטח המדינה בין שלושה מחוזות משטרה: צפוני, דרומי ותל-אביב, חלוקה שנותרה בעינה עד לשנת 1981. בנוסף, כללה "רפורמת נחמיאס" את הרחבת משמר הגבול, את הקמת "המדור המרכזי" במחוז תל-אביב ואת גיוסן של שוטרות לתפקידי שטח מבצעיים. בצעד סמלי, הורה נחמיאס על ביטול כינויי הדרגה המנדטוריים ועל החלפתם בכינויים עבריים, התקפים כיום.

במהלך השנים גבר היקף הפשיעה הפלילית במדינה, יחד עם תחכומם של העבריינים. לדוגמה, לאחר מלחמת ששת הימים התרחב השימוש בסמים באופן ניכר, בסוף שנות השבעים החל העיסוק בחקירת שחיתות ציבורית ובמהלך שנות האלפיים זוהתה בארץ תופעה מסוכנת של פשיעה מאורגנת. על מנת להתמודד בהצלחה עם הפשיעה, נדרשה משטרת ישראל לשכלל את מנגנוני החקירה והמודיעין שלה באופן מתמיד. לצורך זה השקיעה המשטרה, משלב מוקדם, בטכנולוגיות זיהוי פלילי מתקדמות ובהקמת מאגרי מידע ממוחשבים, תחום בו הקדימה המשטרה את רוב הארגונים והמוסדות האחרים בארץ. 

בסוף שנות השבעים הוקמו לראשונה יחידות חקירה ארציות, המתמחות בפשיעה חמורה או מורכבת. יחידות אלה הן היחידה הארצית לחקירת פשעים (יח"פ, לימים יחב"ל) והיחידה הארצית לחקירות הונאה (יאח"ה). במקביל, הורחב מודל "המדור המרכזי" שפעל במחוז תל-אביב  והוקמו יחידות מרכזיות (ימ"ר), המשלבות יכולת חקירה ומודיעין, בשאר המחוזות. מתוך רצון להגביר את יכולת ההתמודדות המשטרתית עם התופעה של התגברות הפשיעה המאורגנת, אוחדו בשנת 2005 אגפי החקירות והמודיעין לאגף אחד, הוא אגף החקירות והמודיעין (אח"ם). בתוך אגף זה הוקמה בשנת 2008 יחידת להב 433, שאיחדה את ארבע יחידות החקירה הארציות (יחב"ל, יאח"ה, היחידה הארצית לפשיעה כלכלית ויחידת איתור גניבות רכב) ואת יחידת הגדעונים (יחידה 33). להב 433 נועדה להוות את חוד החנית של משטרת ישראל בתחום הלחימה בפשיעה החמורה והמאורגנת.

עם התפתחותה הפיזית והכלכלית של המדינה, גבר באופן משמעותי היקף התחבורה הממונעת בדרכים, לה נלוו תאונות הדרכים. על מנת להתמודד עם התופעה, אימצה המשטרה שיטות פעולה ואמצעים טכנולוגיים אשר נועדו להפחית את הסיכון לנוסעים בדרכים. בשנת 1991 הוקמה משטרת התנועה הארצית (מתנ"א) במטרה לחזק את יכולת המשטרה להתמודד עם הקטל בדרכים. בשנת 1997 הוקם אגף התנועה, אשר הפך לסמכות המקצועית בנושא זה.

בעקבות מלחמת ששת הימים ומלחמת יום כיפור, נדרשה משטרת ישראל להגביר את פעילותה כנגד ארגוני הטרור הפלסטינים, אשר פגעו קשות באזרחי המדינה. בשנת 1974, עם קבלת "החלטה 411" על ידי הממשלה, נקבע כי האחריות לביטחון הפנים מוטלת על המשטרה. משלב זה הפכה משטרת ישראל להיות "משטרה דו-תכליתית", העוסקת בתפקידי השיטור הקלאסיים ובמקביל מתמודדת עם סוגיות של ביטחון לאומי בשטח המדינה. לצורך זה הורחב משמר הגבול והוקמו מערכים ייעודיים ובהם אגף המבצעים, היחידה המשטרתית המיוחדת (ימ"מ) ומערך החבלה.

בשנת 1974, כחלק מהמענה לטרור הפלסטיני, הוקם המשמר האזרחי (משא"ז), אשר נועד במקור לסייע למשטרה בהגנה מפני התקפות טרור. בהמשך הורחבו תפקידי המשא"ז ומתנדביו ממלאים משימות שמירה, סדר ציבורי, סיור, תנועה ואף לחימה בעבריינות. לימים הפך המשא"ז לאגף הקהילה והמשמר האזרחי במטה הארצי ובשנת 2011 אוחד עם אגף המבצעים. כיום פועלים עשרות אלפי מתנדבים ומתנדבות בתפקידים שונים, במסגרת אגף השיטור.

מאז קבלת האחריות על ביטחון הפנים, היו תקופות שבהן נדרשה משטרת ישראל להשקיע את מרב אמצעיה בתחום זה. בין השנים 1987 ל-1993 התמודדה המשטרה עם התפרעויות אלימות ופיגועים שבוצעו על ידי ערבים ישראלים ופלסטינים במסגרת ה"אינתיפאדה", במיוחד בירושלים. בעקבות הסכמי אוסלו וגל הטרור שפרץ אחריהם, שוב גבר הצורך בפעילות משטרתית להגנה על אזרחי המדינה. במהלך גל הטרור הרצחני, שהגיע לשיאו בין השנים 2001 ל-2004, נרצחו מאות ישראלים בעשרות פיגועים קשים, שרובם בוצעו על ידי מחבלים מתאבדים. שוטרי משטרת ישראל ומשמר הגבול, לצד המתנדבים הרבים, עמדו בקו החזית אל מול המחבלים. במשך חודשים ארוכים פעלה המשטרה במתכונת חירום, כאשר כוחותיה פרוסים עד לקצה גבול היכולת. שוטרים רבים נפגעו במהלך המלחמה בטרור הפלסטיני, חלקם תוך עמידה פיזית בדרכם של מחבלים מתאבדים.

הגידול באוכלוסיית המדינה והשינויים בפריסתה, שחל ברבות השנים, חייב את משטרת ישראל להתאים את עצמה. בשנת 1981 הוקם מחוז המרכז, אשר נועד לשפר את המענה המשטרתי הניתן לאוכלוסיית מרכז הארץ מחוץ לתל-אביב. מחוז זה היה הראשון שהוקם מאז שנת 1959 ובעקבותיו הוקמו נוספים. מחוז ירושלים הוקם בשנת 1991, בשל צרכי הביטחון בעיר ולקחי מהומות הר הבית והאינתיפאדה. בשנת 1994, בעקבות הסכמי אוסלו ולקחי הטבח במערת המכפלה, הוקם מחוז שומרון ויהודה (ש"י). בשנת 2012, בעקבות הגידול בדרישה לשירותי משטרה בצפון הארץ, הוקם המחוז השביעי במשטרת ישראל, הוא מחוז חוף.

במשטרת ישראל משרתים היום כ-32,000 גברים ונשים, העוסקים מדי יום במתן שירות לאזרחי המדינה, באכיפת החוק, במניעת עברות, בשמירה על הסדר ובהגנה על ביטחון הפנים. משטרת ישראל מהווה בבואה נאמנה של אוכלוסיית ישראל ומשרתים בה זה לצד זה בני כל הדתות והעדות. היום, כבעבר, נמצאת המשטרה בחזית המעשה בתחומים רבים: הפלילי, הביטחוני, החברתי ועוד. שוטרות ושוטרי ישראל נערכים לאתגרי העתיד, כשהם נשענים על מורשת עשירה ומסורת של עשייה.