Por sua natureza, o Estado-Maior é um órgão de informação, estudo, concepção e planejamento para apoio à decisão de um comandante militar. O primeiro Estado-Maior organizado surgiu durante as guerras da Revolução Francesa, quando o general Louis Berthier foi designado para a função de chefe do Estado-Maior do Exército francês na Itália, em 1795.

O Estado-Maior da PMDF tem origem no órgão de assessoramento do presidente da República, chefe supremo das forças armadas e criado pelo Decreto nº 9.107, de 1° de abril de 1946, com o nome de Estado Maior Geral, que foi estruturado em 25 de julho do mesmo ano, durante o governo do Marechal Eurico Gaspar Dutra. A sua instalação definitiva, no entanto, ocorreu em 08 de novembro de 1946, com a edição do primeiro boletim interno. Em 24 de dezembro de 1948, pelo Decreto-Lei nº 600-A, recebeu o nome de Estado-Maior das Forças Armadas.

Suas principais funções foram estabelecidas pelo Decreto-Lei nº 900, de 20 de setembro de 1969 sendo as principais: proceder estudos para fixação da política, da estratégia e da doutrina militar; elaborar e coordenar os planos e programas; coordenar as informações estratégicas no campo militar; coordenar, no que transcenda aos objetivos específicos e às disponibilidades previstas no orçamento dos ministérios militares, os planos de pesquisa, de desenvolvimento e de mobilização das forças armadas e os programas de aplicação dos recursos decorrentes; e proceder aos estudos e preparar as decisões sobre assuntos que lhe forem submetidos pelo presidente da República.

Nessa mesma linha, foi constituído o Estado-Maior da PMDF que, assim como nas outras polícias militares, tinha suas funções exercidas pelo Exército Brasileiro, conforme previsão no Decreto-Lei nº 667, de 02 de julho de 1969. Naquele momento possuía a competência de centralizar todos os assuntos da alçada do Ministério do Exército relativos às Polícias Militares, com vistas ao estabelecimento da política, promover as inspeções, tendo em vista o fiel cumprimento das prescrições deste decreto-lei, proceder ao controle da organização, da instrução, dos efetivos, do armamento e do material bélico das Polícias Militares.

Além disso também lhe competia baixar as normas e diretrizes para a fiscalização da instrução nessas corporações, apreciar os quadros de mobilização para as Polícias Militares de cada Unidade da Federação, com vistas ao emprego em suas missões específicas e como participantes da Defesa Territorial, bem como cooperar no estabelecimento da legislação básica relativa às Polícias Militares.
Com o advento da Lei n° 6.450, de 14 de outubro de 1977, o Estado-Maior passa a compor a estrutura básica da PMDF e, alguns anos depois, com a Lei n° 12.086/2009 e o Decreto n° 7.165/2010, foi estabelecido como órgão central do sistema de planejamento administrativo. Com a publicação do novo decreto Decreto. 10.443/2020 as competências foram atualizadas, transformando o Estado-Maior também como órgão responsável pelo planejamento estratégico e centro do sistema de planejamento, programação e orçamento da corporação.