Zu Unterbach wurden das Gebiet um den Elbsee in Hilden, der naturgeschützte Teil des Eller Forsts sowie ein östlicher Zipfel des Düsseldorfer Stadtteils Vennhausen hinzugefügt. Die Bebauung schloss nahtlos an die von Unterbach an und bildete bereits zuvor eine kulturelle Einheit. Unterbach beheimatet mit dem Unterbacher See und dem Elbsee ein bedeutendes Naherholungsgebiet im Großraum Düsseldorf mit dem größten Badesee in der näheren Umgebung.

Der östliche Teil des heutigen Stadtteils Unterbach liegt an der historischen Handelsstraße Mauspfad. Bereits im frühen 11. Jahrhundert gab es am östlichen Ortsrand einen befestigten Wohnhügel, von dem angenommen wird, dass er sich im Laufe der Zeit zu einem Rittersitz entwickelt hat.

Im Jahr 1169 wurde eine Wasserburg an diesem Ort errichtet, zusammen mit ihrem Besitzer Heriman de Onterbeke, wie in Urkunden festgehalten. Die Burg diente als Zuflucht und als Fronhof für die umliegenden Bauernhöfe. Später wurde die Burg, die dann Haus Unterbach genannt wurde, zum namensgebenden und zugleich zum Ursprung des sich allmählich entwickelnden Straßendorfes Unterbach.

Einer der ältesten Höfe, „Gut Rothenberg“, wurde 1312 urkundlich erwähnt und besteht heute noch. Die heute in Erkrath-Unterfeldhaus befindliche „Rohrsmühle“ besteht mindestens seit 1584. Im Jahr 1628 führten die Herren von Unterbach als Eigentümer dieser Mühle einen Prozess vor dem Reichskammergericht um die Mahlgerechtigkeit gegen die Besitzer von Haus Morp.

Einer der ältesten Höfe, „Gut Rothenberg“, wurde 1312 urkundlich erwähnt und besteht auch heute noch. Die „Rohrsmühle“ in Erkrath-Unterfeldhaus existiert seit mindestens 1584. Im Jahr 1628 führten die Herren von Unterbach als Eigentümer dieser Mühle einen Prozess um die Mahlgerechtigkeit gegen die Besitzer von Haus Morp vor dem Reichskammergericht.

Unterbach entwickelte sich entlang der heutigen Gerresheimer Landstraße, die immer noch die Hauptstraße des Stadtteils ist. Im Jahr 1561 wurde das Zoll- und Gasthaus Am Zault erwähnt. Die Gaststätte, zusammen mit dem angrenzenden Hotel, besteht noch heute. Anfangs hatte Unterbach nur fünf Häuser. Erst um 1800 herum entstand um das Haus Unterbach herum ein kleiner Ort. Im Jahr 1810 wurde eine erste Privatschule gebaut, in der etwa 30 Kinder unterrichtet wurden. Der Lehrer Franz Josef Brors war die erste Person, die sich für die Geschichte des Ortes und der Umgebung interessierte und sie geordnet für die Nachwelt aufzeichnete. Das kleine Fachwerk-Schulhaus wurde 1958 abgerissen und durch die Carl-Sonnenschein-Schule ersetzt.
Nachdem die Gemeinde 15 Jahre lang Geld für den Bau einer Kirche gesammelt hatte, konnte 1881 der Grundstein für eine katholische Kirche gelegt werden. Das Gebäude, das 1883 eingeweiht wurde, musste jedoch aufgrund von Baufälligkeit im Jahr 1967 abgerissen werden. Neben der Kirche befindet sich das katholische Vereinshaus, das 1908 vom Architekten Josef Kleesattel entworfen wurde. Das Gebäude wurde 1987 unter Denkmalschutz gestellt. Zusammen mit dem Gasthof Am Zault bildet das Vereinshaus das Zentrum des öffentlichen und kulturellen Lebens in Unterbach, das von den ortsansässigen Vereinen geprägt ist.

In den „Unterbacher Benden“, einem ehemaligen Rheinarm und Feuchtgebiet, begann man im Jahr 1923 mit der Kiesgewinnung. Bis 1935 entstand dort ein großes Baggerloch, wo der Eselsbach einst floss. Am 31. Dezember 1942 fielen bei einem Bombenangriff, der das Bauernhofgebäude „Gut Rothenberg“ weitgehend zerstörte, fünf Menschen ums Leben.

Nach dem Krieg konnte in Unterbach ein reges Baugeschehen verzeichnet werden. Bereits 1949 wurden die ersten Siedlungen für Neubürger an der Flachskampstraße erbaut. Es folgten Siedlungen am Heidberg und Silberberg. Schon im Jahr 1951 konnten die ersten Häuser bezugsfertig gemacht werden. In den 1950er Jahren entstand die Siedlung am Weyersberg, und ab 1961 wurde das Gebiet um das ehemalige Weberhaus „Hexkotten“ bebaut. 1954 wurde der Bendensee zum Badesee erklärt, umbenannt in Unterbacher See, und 1959 wurde am Nordstrand des Sees ein erstes Badehaus errichtet.