ביולי 2005 רכשה גוגל את חברת אנדרואיד (Android inc), חברת הזנק קטנה שנוסדה ב-2003 ופעלה בפאלו אלטו, קליפורניה. מייסדי החברה, אנדי רובין, ריץ' מינר, ניק סירס (סמנכ"ל T-Mobile לשעבר) וכריס וויט, עברו לעבוד בגוגל. באותה תקופה, מעטים הכירו את פעילות החברה, חוץ מאלו שפיתחו תוכנות לטלפונים סלולריים. מכיוון שכך, החלו שמועות כי גוגל הולכת להיכנס לשוק הטלפונים הסלולריים.
בגוגל, צוות בראשות אנדי רובין פיתח פלטפורמה לטלפונים ניידים המבוסס על ליבת לינוקס ושיווק את הפלטפורמה ליצרני טלפונים סלולריים וספקיות, מתוך הנחה שהם יפתחו מערכת הפעלה גמישה וניתנת לשדרוג. דווח, כי לגוגל כבר הייתה סדרת שותפים לייצור מכשירים מבוססי אנדרואיד ותוכנות למערכת ההפעלה, וגוגל מסרה למשווקות טלפונים סלולריים תוך שהם מוכנים לדרגות שונות של שיתוף פעולה מצדם.
ראיה נוספת כי גוגל הולכת להיכנס לשוק הטלפונים הסלולריים, הגיעה בדצמבר 2006 - בדיווח של BBC והוול סטריט ג'ורנל לפיו גוגל מעוניינת בהנגשת שירות החיפוש שלה ואפליקציות נוספות שלה לטלפונים סלולריים. זמן קצר לאחר מכן, כלי תקשורת דיווחו כי גוגל מפתחת מכשיר סלולרי תחת המותג גוגל. השמועות המשיכו כאשר דווח כי גוגל מנסחת דרישות סף ומפרטי חומרה למכשירים סלולריים ומציגה לחברות תקשורת אבות-טיפוס אפשריים. בספטמבר 2007 דיווח מגזין אמריקאי כי גוגל הגישה בקשות לפטנטים בתחום התקשורת הסלולרית.
ב-5 בנובמבר 2007 הוקמה ברית Open Handset Alliance שכללה חברות בולטות בתחומי האלקטרוניקה והתקשורת הסלולרית. מטרת הברית הייתה לפתח תקנים פתוחים עבור התקנים ניידים, ויחד עם הקמתה, חשפה את המוצר הראשון שלהם, אנדרואיד, הבנוי על בסיס ליבת לינוקס.
מאז 2008 הושקו עדכונים רבים למערכת ההפעלה אנדרואיד.
גרסאות אנדרואיד לטלפונים חכמים (סמארטפונים) ומחשבי לוח (טאבלטים).
מערכות אנדרואיד השונות מזוהות על ידי מספר גרסה וכן על ידי שם קוד שהוא שם של מאכל מתוק. ראשי התיבות של שמות הקוד הם אותיות האלפבית האנגלי בסדר עולה.
אנדרואיד 1.5 (Cupcake).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.27, יצא ב-30 באפריל 2009. נוספו הקלטה וצפייה בקטעי וידאו באמצעות מצלמת וידאו, העלאה של סרטונים ליוטיוב ותמונות לפיקאסה, מקלדת תוכנה חדשה עם יכולת חיזוי טקסט, תמיכת A2DP ו-AVRCP לבלוטות' במכשיר, אפשרות להתחבר אוטומטית לאוזניית בלוטות' ממרחק מסוים, וידג'טים ותיקיות במסכי הבית ואנימציית מסכי מעבר.
אנדרואיד 1.6 (Donut).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.29, יצא ב-15 בספטמבר 2009. שופרו המרקט, המצלמה, החיפוש הקולי וחיפוש גוגל. נוספו תמיכה ב-CDMA/EVDO, 802.1x, VPN, מחוות, מנוע טקסט-לדיבור ותמיכה באבחנת מסך WVGA.
אנדרואיד 2.0/2.1 (Éclair).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.29, יצא ב-26 באוקטובר 2009. הממשק כלל תמיכה ב-HTML5, רשימת אנשי קשר חדשה, יכולת עבודה מול שרת Exchange, תמיכת מבזק מובנית למצלמה דיגיטלית וזום דיגיטלי.
אנדרואיד 2.2 (FroYo).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.32, יצא ב-20 במאי 2010. הממשק כלל שילוב של מנוע V8 - JavaScript של הדפדפן גוגל כרום, סנכרון יישומים באמצעות האינטרנט, חיוג קולי, שיפור התמיכה ב-Microsoft Exchange, קישוריות USB ופונקציונליות של נקודה חמה ב-WIFI. כמו כן נוספה אפשרות של ביטול העברת נתונים דרך הרשת הסלולרית, שופרה חנות האפליקציות ונוספו לה עדכונים אוטומטיים ואפשרות לשמירת אפליקציות על כרטיס הזיכרון, מעבר מהיר בין שפות המקלדת והמילונים שלהן, תמיכה בסיסמאות מספריות ואלפאבתיות ותמיכה בהעלאת קבצים באפליקציות רשת. לדפדפן נוספו היכולת להציג אנימציות GIF ותמיכה באדובי פלאש 10.1.
אנדרואיד 2.3 (Gingerbread).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.35, יצא ב-6 בדצמבר 2010. שיפורים בגרסה זו כוללים: ממשק מעודכן, תמיכה ב-VoIP, תמיכה בתקשורת טווח אפס (לגעת בחפצים עם המכשיר ולקנות אותם דרך האינטרנט, תקשור בין מכשירים באמצעות מגע ביניהם וכולי) תמיכה בפורמט WebM של גוגל, שיפור פונקציונליות ה"העתק-הדבק", מקלדת רב מגע (Multi Touch) מעוצבת מחדש, תמיכה משופרת בפיתוח קוד, שיפור השמע, גרפיקה והקלט למפתחים, תמיכה בחיישנים נוספים (כמו גירוסקופ וברומטר), שיפור ניהול צריכת החשמל ושליטה באפליקציות, תמיכה במצלמות מרובות, ושיפור התמיכה ברשת דור 4.
אנדרואיד 3.0/3.1 (Honeycomb).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.36, יצא ב-22 בפברואר 2011 ומיועד למחשבי לוח בלבד. גרסה זו כוללת ממשק חדש, שולחן עבודה תלת ממדי עם וידג'טים מעוצבים מחדש, ריבוי משימות משופר (שורת משימות בחלק התחתון של המסך), דפדפן משופר (גלישה פרטית, סנכרון מועדפים עם גוגל כרום ועוד), תמיכה בשיחות וידאו ב-Google Talk, האצת חומרה, תמיכה במעבדים מרובי ליבות. העדכון 3.1 הוצג בכנס Google I/O ב-10 במאי 2011 ומכיל שיפורים רבים, ביניהם - ליטושי ממשק, חיבור לאביזרי USB נלווים, רשימת יישומים חדשים מורחבת, אפשרות לקבוע את גודל הווידג'טים בדף הבית, תמיכה במקלדת, שלטים ואביזרים חיצוניים אחרים וביצועי WIFI טובים במיוחד כאשר מסך המכשיר כבוי.
אנדרואיד 3.2 (Honeycomb).
מבוסס על ליבת לינוקס 2.6.36 (כלומר ללא שינוי מהגרסה הקודמת), יצא ב-15 ביולי 2011 ומיועד למחשבי לוח בלבד. גרסה זו של אנדרואיד הוסיפה לראשונה התאמה למחשבי לוח בגודל 7 אינץ', גישה מהירה יותר ליישומים המאוחסנים בכרטיס הזיכרון, התאמה של אפליקציות לגודל של מסך המכשיר (ביצוע "זום" לאפליקציה) ואפשרויות תצוגה חדשות שנותנות למפתחים יותר שליטה במראה ובתחושה במכשירי האנדרואיד השונים.
אנדרואיד 4.0 (Ice-Cream Sandwich).
יצא ב-19 באוקטובר 2011. גרסה זו היא מעין שילוב בין Gingerbread ו-Honeycomb והיא תומכת הן במחשבי לוח והן במכשירים סלולריים, היא הוצגה ויצאה ב-19 בנובמבר 2011.
שיפורים בגרסה זו כוללים:
עיצוב חדש בשם Holo Design, כפתורים מובנים במסך (אופציונלי), תפריט ווידג'טים ליד תפריט האפליקציות, מנהל משימות חדש שמאפשר סגירה מהירה של היישומים הפתוחים, יצירת תיקיות קלה - גרירת אייקון אחד על אחר, תמיכה בצביטה לזום בלוח השנה, החלקת האצבע ימינה ושמאלה למעבר בין הודעות ב-Gmail, צילום מסך מובנה, שיפור התיקון האוטומטי במקלדת, תמיכה בהפעלת אפליקציות ממסך הנעילה (כמו ב-HTC Sense 3.0 ומעלה), שיפור בשימושיות העתק-הדבק, שילוב טוב יותר של חיפוש ושימוש בפקודות קוליות, פתיחה באמצעות זיהוי פנים, דפדפן שתומך עד 16 לשוניות פתוחות, סנכרון אוטומטי עם המועדפים של המשתמש בגוגל כרום, גופן Roboto חדש (במקום Droid), הצגה של נתוני שימוש בחבילת הגלישה בהגדרות, שיפור באפליקציית המצלמה המאפשר צילום מהיר יותר, מצב פנורמה מובנה, זום בזמן צילום וידאו, עריכת תמונות מובנית, עיצוב חדש לגלריית התמונות, אפליקציית אנשי קשר חדשה בשם People הכוללת אינטגרציה עם רשתות חברתיות מקוונות, תוכנה בשם Android Beam לסינכרון מועדפים, אנשי קשר ועוד בין שני מכשירי אנדרואיד, האצת חומרה של ממשק המשתמש, הגדלה והקטנה של הווידג'טים, טכנולוגיית WIFI Direct מובנית במערכת ההפעלה וצילום וידאו באיכות HD 720p בכל מכשירי האנדרואיד.
אנדרואיד 4.1 (Jelly Bean).
הוכרז ב-27 ביוני 2012 באירוע "Google I/O". בין השאר, נוספה תמיכה ב-18 שפות נוספות, ושיפורים בתמיכה בשפות הנכתבות מימין לשמאל.
השיפור העיקרי בגרסה זו הוא "פרויקט החמאה" שמטרתו הייתה "להחליק" ולשפר את כל האנימציה במערכת וליצור חוויית שימוש מהנה, חלקה, ורציפה יותר במערכת.
הכרזה גדולה נוספת היא כי החל מגרסה זו, ההקלדה הקולית שמאפשרת להכתיב למכשיר הודעות טקסט תהיה זמינה גם ללא צורך בחיבור לאינטרנט ואף תתמוך בעברית ובשפות אחרות חוץ מאנגלית. בנוסף, נוספו תוספות קטנות כגון אפשרות גישה ישירה לאפליקציה דרך ה-"Notification Bar" ללא צורך להפעיל את האפליקציה עצמה, שיפורים קטנים במצלמה המאפשרים בחירה ומחיקה של תמונות שצולמו ושיפורים לחנות של גוגל - Google Play. גוגל התחילה ב"פרויקט החמאה" שבו האנימציות יותר חלקות, הדפדוף יותר מהיר, סגירה ופתיחה של אפליקציות יותר מהירים וחלקים ועוד שיפורים למהירות של מערכת ההפעלה,
מלבד שיפורים אלו, גוגל הציגה שירות חיפוש קולי חדש, בעל קול טבעי, הבנה טובה של השאלות ותשובות מדויקות ומעוצבות בעיצוב מחודש. החיפוש הקולי הוא חלק מהמערכת Google Now הקולטת מידע על המשתמש במכשיר וכך "לומדת" אודותיו ומספקת לו מידע מותאם אישית, כמו תחזית מזג האוויר בהתאם לאזור, תוצאות ותאריכי משחקים של קבוצות ספורט אהודות על ידי המשתמש, טיסות היוצאות ליעד שהמשתמש מעוניין לטוס אליו וכדומה.
אנדרואיד 4.2 (Jelly Bean).
יצאה ב-13 בנובמבר 2012. כוללת שיפורים שונים, כמו תמיכה במספר חשבונות משתמש שונים (בגרסת מחשבי הלוח בלבד), תמיכה במחוות במקלדת, אפשרות להשתמש בליבת SELinux (גרסת לינוקס עם רמת אבטחה גבוהה יותר) ועוד. ב-27 בנובמבר 2012 יצאה גרסת תיקונים, 4.2.1, וב-11 בפברואר 2013 יצאה גרסת תיקונים נוספת 4.2.2.
עוד שיפור בגרסה זו היא האפשרות לגשת למצלמה ממסך הנעילה וכן דפי ווידג'טים במסך הנעילה.
אנדרואיד 4.3 (Jelly Bean).