Birkach, das nach einem Birkengehölz benannt wurde, ist wohl in der letzten Rodungszeit im 8. Jahrhundert auf der Urmarkung Plieningen entstanden. In wechselnden Abhängigkeitsverhältnissen gehörte es mit Riedenberg politisch und kirchlich lange zu Plieningen. Die schriftlich überlieferte Geschichte von Birkach beginnt mit der ersten urkundlichen Erwähnung des Ortsnamens um 1140. Damals schenkte der niederadelige Hugo von Plieningen einen Hof und Äcker dem Kloster Hirsau. Über die einstigen Lehnsherren, die Pfalzgrafen von Tübingen, kam Birkach zunächst zum Kloster Bebenhausen und 1478 an die Grafschaft Württemberg.

Wie andere Filderorte hatte Birkach jahrhundertelang unter den Auswirkungen der Kriegsereignisse zu leiden. So wurde 1449 in den Kämpfen der Freien Reichsstadt Esslingen mit Graf Ulrich V. von Württemberg der Ort teilweise niedergebrannt. Den dreißigjährigen Krieg (1618–1648) überlebte nur ein Drittel der einstigen Einwohner. Neue Arbeits- und Verdienstmöglichkeiten fanden die Birkacher, als Herzog Carl Eugen 1772 den "Garbenhof" in Hohenheim seiner Geliebten Franziska schenkte. Die Bauten des Schlosses und des "Englischen Dörfles" entstanden, und Hohenheim wurde des Herzogs Residenz.

Franziska, der Reichsgräfin von Hohenheim, zuliebe baute der Herzog in Birkach 1780 eine Kirche mit Pfarrhaus und errichtete hier eine selbstständige evangelische Pfarrei. Der erste Birkacher Pfarrer, M. Friedrich Wilhelm Kohler, führte in Birkach den Obstbau ein und gründete 1794 eine "Industrie-Schule", die erste dieser Art in Württemberg, in der zum Beispiel Handarbeiten gelehrt wurden. Die Fürsorge des Herzogs trug den Bewohnern des Ortes den Necknamen "Herzogskinder" ein. Vorher nannte man die Birkacher "Blocksitzer".

1818 verlegte König Wilhelm I. von Württemberg die Landwirtschaftliche Unterrichts-, Versuchs- und Musteranstalt nach Hohenheim. Das gab Arbeitsplätze und neue Anregungen für die Landwirtschaft im ganzen Land. In Birkach selbst wurde 1826 ein neues Rathaus gebaut; dort war auch in zwei Räumen die Schule untergebracht. Birkach dehnte sich um die Jahrhundertwende (19./20. Jahrhundert) aus. In Schönberg entstanden die ersten Häuser, die Vorgänger der heutigen Villensiedlung.

1942 endete die Selbstständigkeit von Birkach. Es wurde nach Stuttgart eingemeindet. Seit 1973 wird der Stadtbezirk, der auch Schönberg beinhaltet, in Personalunion mit Plieningen verwaltet.