A cidade de Dois Irmãos está situada nos primeiros degraus da encosta meridional, numa altitude média de 175 metros, posição que lhe conferiu a designação “Portal da Serra”. Município integrante do vale do Rio Feitoria, afluente do Rio Caí, sua história está liga¬da à colonização alemã no estado. Parte da antiga colônia de São Leopoldo, instalada em 1824, Dois Irmãos recebeu os primeiros colonos a partir de 1825.
A leva mais significativa de colonos imigrantes que ocuparam parte dos 249 lotes da Linha Grande de Dois Irmãos foi a dos náufragos do navio Cecília. O veleiro partiu do porto de Hamburgo em 1827 e foi surpreendido por uma tempestade no Canal da Mancha. Parcial-mente destroçado, o navio com seus passageiros foi abandonado pelo capitão e pela marinha-gem, ficando sem rumo até ser encontrado por um barco inglês que o conduziu a Plymouth, na Inglaterra. Aí permaneceram por cerca de dois anos, aguardando a definição de seus desti¬nos. Aportaram no Rio de Janeiro em 29 de setembro de 1829, dia de São Miguel. Conta a tra¬dição que, em homenagem ao arcanjo, estabeleceram essa data como seu marco fundante. Até hoje ela é comemorada no Michelskerb, kerb de São Miguel.
Em 1832, os colonos católicos inauguraram a capela em honra a São Miguel. O lugar onde foi erguido o templo é, provavelmente, o mesmo onde a partir de 1869 foi construído o outro, com traços góticos, concluído em 1880; ali, hoje, se encontra a Igreja Matriz de São Miguel, tombada pelo Patrimônio Histórico do Estado.
A ocupação da Linha Grande, também conhecida como Baumschneiss (Picada dos Baum), Picada dos Dois Irmãos ou São Miguel dos Dois Irmãos, deu-se basicamente através da atividade agrícola desenvolvida nos lotes que se alinharam no sentido norte-sul da picada. O adensamento construtivo e demográfico se fez ao longo da picada, hoje Avenida São Miguel, com casas de comércio, de atividades artesanais (ferrarias, marcenarias, carpintarias, sapatarias, lombilharias etc.), residências e igrejas, com plantações na cabeceira dos lotes. Ainda hoje, percorrendo a avenida, identificamos a antiga Igreja Católica de São Miguel (1880), a Sociedade de Canto Santa Cecília (1927), a Sociedade Atiradores (1897), a Escola Imaculada Conceição (1900), a Igreja Evangélica de Confissão Luterana (1855) e a Igreja Evangélica Luterana (1938), além de algumas casas de comércio, entre elas a casa que hoje abriga o Museu Histórico Municipal.
O caminho dos encantos da Rota Romântica leva a Dois Irmãos, que ainda preserva sua característica original de região agrícola, com o domínio de pequenas propriedades voltadas à policultura.

Distrito criado com a denominação de Dois Irmãos pela Lei Provincial nº 358, de 17/02/1857, subordinado ao município de São Leopoldo.
Desmembrado de São Leopoldo, Dois Irmãos é elevado à categoria de município pela Lei Estadual nº 3.823, 10/09/1959. O município é instalado em 10/09/1959, constituído de três distritos: Dois Irmãos, Morro Reuter e Santa Maria do Herval, todos desmembrados de São Leopoldo.
Pela Lei Estadual nº 8.634, de 12/05/1988, o distrito de Santa Maria do Herval é desmembrado de Dois Irmãos e elevado à categoria de município.
Pela Lei Estadual nº 9.583, de 20/03/1992, o distrito de Morro Reuter é desmembrado de Dois Irmãos e elevado à categoria de município.
Em divisão territorial datada de 2001, o município é constituído do distrito-sede.
Assim permanece em divisão territorial datada de 2020.