ראשון היישובים היהודיים בהר יהודה. אדמות דילב נרכשו בשנים 1914-1913 מהאפנדי של אבו גוש על ידי 'החברה להכשרת היישוב'. למקום נשלחו פועלים מאנשי העלייה השנייה, אשר החלו לעבוד בהכנת הקרקע. במלחמת העולם הראשונה המקום נעזב. בשנת 1920 קק"ל רכשה את הקרקעות מ'הכשרת היישוב'.
'קואופרטיב ארץ ישראל' הוקם בשנת 1918 באודסה. הקואופרטיב היה איחוד של שתי קבוצות מאוקראינה: 'ארץ ישראל' מפרֵלוקי ו'למתנדבים בעם' מקמניץ-פודולסק. ששת החלוצים הראשונים מהקבוצה הגיעו ארצה בדצמבר 1919 באנייה 'רוסלאן', עם ראשוני העלייה השלישית. החברים האחרים עלו בעקבותיהם בשנת 1920. באותה שנה עלו חברי הקבוצה על הקרקע בדילב. צורפו אליהם פועלים ותיקים שתפקידם היה להדריך את החדשים. המתיישבים התרכזו בדילב ועבדו בהכשרת קרקעות, בייעור ובגידול ירקות. בתחילה הם נקראו 'דילב א'', וכעבור זמן קצר הוחלף השם ל'קרית ענבים'. שנה לאחר העלייה על הקרקע החלה הקמת יישוב הקבע. נבנו צריפים עם התגברות זרם העולים של העלייה השלישית הגיעו קבוצות 'דילב' נוספות: ב', ג', ד', ה', ובשלב מסויים היו במקום 200 חברים - ריכוז הפועלים הגדול ביותר בארץ. קבוצות אלו שהו במקום באופן זמני, ומאוחר יותר עברו ליישובים אחרים.
עשר השנים הראשונות היו קשות מאד. המתיישבים נאלצו להתמודד עם מחסור במים, פגעי מזג האוויר, מחלות שנבעו מהתנאים הקשים במקום ובעיות ביטחון. הקיבוץ היה יישוב עברי בודד מוקף כפרים ערביים, ובכל תקופה של מתיחות היה נתון להתקפות. בשנת 1921 נחפרו חפירות הגנה ראשונות מהצריפים ועד לבנין האבן היחיד - הרפת. במאורעות 1929 נהרסו יישובים סמוכים (הרטוב, כפר אוריה וחולדה). בשנת 1936 היו ניסיונות חדירה למשק והוקמו מספר עמדות הגנה.
הגורמים המיישבים, שנאלצו להשקיע משאבים רבים לקיום היישוב ולאבטחתו, הביעו ספקות ביחס לעתיד, ושקלו לפנותו. המתיישבים התעקשו להיאחז במקום ולהמשיך ולפתחו. לאחר נסיונות חוזרים וכושלים במטעים, בירקות ובענפי החי, הסתמנה הצלחה גדולה בענף הרפת ובמספר זנים של מטעים וכרמים. בקיבוץ הוקמו גם בתי מלאכה וענפי שירות. בשנת 1940 הוקם במקום בית הבראה מצליח. בשנות ה-30 וה-40 הצליח הקיבוץ להתחזק ולהתבסס. במהלך השנים הצטרפו לקיבוץ הגרעינים: 'פולוניה', 'בוסליה' ו'חדרה'.
לקרית ענבים היתה חשיבות בטחונית גדולה בזכות מיקומה בין ההרים ועל אם הדרך לירושלים. בשנות ה-30 הוקם במקום סניף של ה'הגנה' ונערכו אימונים, קורסים והשתלמויות של ה'הגנה' והפלמ"ח. במלחמת העצמאות היה לקריית ענבים ולמעלה החמישה הסמוכה תפקיד חשוב במאבק על הדרך לירושלים. הקיבוצים שימשו בסיס לחטיבת 'הראל' של הפלמ"ח וכנקודת מוצא לקרבות שהתנהלו באזור. ב-25 במאי 1948 התקיפו כוחות הלגיון הירדני את קריית ענבים והגיעו עד לגדרות היישוב. לאחר קרב קשה נבלם הלגיון כקילומטר מצפון ליישוב ושם נקבע קו הגבול עד למלחמת ששת הימים.
לאחר הקמת המדינה החל פיתוח מזורז של הקיבוץ. נוספו אדמות חקלאיות, הוקמה רשת השקייה המחוברת לקווי המים הארציים, נבנו לולים ורפתות מודרניים והוכנסו מיכון ואוטומציה.