A história de Paty do Alferes se entrelaça com a de Garcia Rodrigues Paes, filho de Fernão Dias Paes, o lendário "Caçador de Esmeraldas". Em 1700, ele abriu o Caminho Novo, responsável pelo escoamento do ouro de Minas Gerais para o Rio de Janeiro.

Quando Frei Antonil percorreu o Caminho Novo e descreveu sua viagem na obra Cultura e Opulência do Brasil, de 1711, já citava a Sesmaria da Pau Grande, no atual distrito de Avelar, como uma roça em formação, desbravada em plena mata.

A partir da ocupação dessas terras, Paty do Alferes, que começou a florescer ainda no século XVII, desenvolveu-se rapidamente. Muitos sesmeiros passaram a se agrupar em torno do primeiro núcleo populacional.

Historiadores divergem quanto à origem do nome do município. Os registros indicam que, no início da colonização, estabeleceram-se na região dois Alferes de Ordenança: Leonardo Cardoso da Silva e Francisco Tavares. O local era conhecido como "Roça do Alferes" e, da união do posto militar com o termo indígena "pati", nome de uma palmeira abundante na região, surgiu o nome Paty do Alferes.

O Capitão Francisco Tavares foi proprietário da fazenda onde se ergueu a primeira capela da região, transformada em Curato pelo Bispo Antônio de Guadalupe, em 1726. Foi também responsável pela doação do terreno onde seria construída a primeira Matriz, em 1739, na Freguesia de Nossa Senhora da Conceição do Alferes.

As férteis terras banhadas pelo Ribeirão de Ubá e pelo Rio do Saco inicialmente receberam plantações de cana-de-açúcar. Um século depois, o café passou a prosperar, impulsionando o surgimento de uma aristocracia rural formada por nobres ligados à Corte, como o Visconde de Ubá, o Barão de Capivary e o Barão de Guaribú.

Em 1823, o naturalista Auguste de Saint-Hilaire publicou a obra Viagem pelas Províncias do Rio de Janeiro e Minas Gerais, descrevendo minuciosamente as construções, os costumes e as técnicas utilizadas na produção do açúcar, deixando um dos mais ricos relatos históricos sobre as fazendas e engenhos da região.

Elevada à categoria de Vila em 1820, Paty do Alferes continuou crescendo principalmente em torno das grandes fazendas. Com a transferência da sede para Vassouras, em 1833, a nobreza rural patyense manteve forte influência política.

Foi em Paty do Alferes que ocorreu um dos mais importantes levantes de negros escravizados do Estado do Rio de Janeiro. Em 1838, Manoel Congo liderou uma revolta que abalou os alicerces do regime escravocrata nas terras do café, tornando-se um personagem marcante da história fluminense.

Em 1844 foi inaugurada a Matriz de Nossa Senhora da Conceição, construída em estilo colonial sobre terras doadas pelo Capitão-Mor Manoel Francisco Xavier e sua esposa, Dona Francisca Elisa Xavier. Iniciada em 1840, a igreja é atualmente tombada pelo IPHAN como patrimônio histórico da União.

Em 1870 nasceu em terras patyenses Joaquim Osório Duque-Estrada, autor da letra do Hino Nacional Brasileiro.

A Fazenda Freguesia voltou a ganhar destaque em 1965, quando o embaixador Paschoal Carlos Magno criou a Aldeia de Arcozelo. O espaço tornou-se um importante centro cultural da América do Sul, abrigando atividades artísticas, festivais e encontros culturais.

Emancipada em 1987, Paty do Alferes mantém forte vocação agrícola, destacando-se na produção de tomate, sendo um dos maiores produtores do Estado do Rio de Janeiro e do Brasil. Essa tradição é celebrada anualmente durante a Festa do Tomate, realizada em Avelar, que reúne milhares de visitantes e recebe grandes nomes da música nacional.

Considerada um dos berços da ocupação do interior fluminense, Paty do Alferes é citada por importantes estudiosos da história do Brasil, como Antonil, Pizarro, Charles Ribeyrolles, Saint-Hilaire, Taunay, José Matoso Maia Forte e Alberto Lamego, evidenciando a relevância histórica do município para a formação da região do Vale do Café.