Das Gebiet von Grünheide war bereits vor der Völkerwanderung von germanischen und später von slawischen Stämmen besiedelt. Im 13. Jahrhundert kam es durch die Markgrafen von Brandenburg in den Besitz des Klosters Zinna, wurde nach der Reformation säkularisiert und diente fortan als kurfürstliches Jagdgebiet. Die eigentliche Besiedlung begann 1662 mit der Genehmigung einer Sägemühle, und ab der Mitte des 18. Jahrhunderts wurden unter Friedrich II. Kolonistendörfer gegründet.

Im 19. Jahrhundert führten die Schiffbarmachung der Löcknitz und der Eisenbahnanschluss zu wirtschaftlichem Aufschwung und machten Grünheide zu einem beliebten Ausflugs- und Erholungsort für Berliner. In der Zeit der DDR entstanden mehrere Betriebsferienlager, und ab 1967 errichtete das Ministerium für Staatssicherheit einen großen Dienstkomplex in Spreeau.

Nach der Wende wurden die umliegenden Dörfer eingemeindet, und Grünheide ist heute eine amtsfreie Gemeinde im Landkreis Oder-Spree.