Vznik názvu Doudlevce je spojen se slovanským osídlením a značí obydlení lidmi z Dúdleb, z dúdlebského slovanského kmene. Název je zmiňován již v roce 1227. V roce 1266 je obec králem Přemyslem Otakarem II spolu s Liticemi věnována Chotěšovskému klášteru, se kterým zůstala nadlouho (přinejmenším farou a školou v Liticích) spojena. V roce 1295 jsou Doudlevce věnovány králem nově vzniklému městu Plzni.
O velikosti obce svědčí fakt, že roku 1418 měla 12 usedlostí a počet se dále snižoval vlivem moru či válečných událostí na 7 v roce 1544, 8 v roce 1549 a 7 v roce 1607, stejně tak jako v roce 1654. V roce 1713 tu bylo osm statků, 6 podružských usedlostí a obecní chalupa. Po provedení raabizace v roce 1779 bylo v Doudlevcích, tedy celkem 25 hospodářství, mlýn o třech kolech, při Radbuze chmelnice a na Homolce vinice. V roce 1837 při velkém požáru v Doudlevcích vyhořelo 27 usedlostí a tak od této doby bylo stavěno především z kamene s taškovou střešní krytinou. V roce 1850 bylo v Doudlevcích 38 domů a 274 obyvatel tvořících 65 bytových stran. Od roku 1873 fungovala v jinak převážně zemědělských Doudlevcích kruhová cihelna Emila Škody (později jeho syna Karla). Na přelomu 19. a 20. století došlo vlivem průmyslového rozmachu Plzně i k prudkému rozvoji Doudlevec. V roce 1910 zde bylo devět potravinářských obchodů, chemická čistírna, parostrojní prádelna, pět obchodů s drůbeží. Rovněž vznikají nové části např. Malá Strana, Podhájí lidově zvané Habeš (podle vesnice Habešanů a jejich nepořádku na pražské výstavě), Na Srandě apod.
V roce 1487 byl na místě stávajícího brodu přes řeku Radbuzu v dnešním Českém údolí postaven most. K jeho údržbě se zavázali okolní obce, které jej nejvíce využívali. V roce 1934 zde vzniká Tyršův most. Dříve již byla Radbuza přemostěna již i novým mostem z roku 1929.
V roce 1876 byla obec proťata tratí z Plzně do Klatov a Železné Rudy.
Jak již byl řečeno, byly Doudlevce přiškoleny k Liticím, kde se však vyučovalo pouze německy. Proto si Doudlevečtí vymohli přiškolení k Plzni, kam odmítali Doudlevečtí přispívat na školní potřeby, což vedlo k vleklému sporu. V roce 1897 došlo k soudním rozhodnutím k převedení do školy v Radobyčicích. Obec se však řádně nestarala o školní místnosti a proto město přijímalo školáky ve dvou školách na Chodském náměstí. Aby město nemuselo otevírat pro tehdejších cca 200 dětí z Doudlevec nové paralelky, získalo v Doudlevcích v roce 1889 čtyři místnosti. V roce 1901 dostali Doudlevce souhlas ke zřízení vlastní trojtřídní školy. Budova byla postavena v roce 1901 a sloužila až do roku 1963. Kaple, která byla umístěna ve škole, sloužila jen do roku 1920, kdy byla pod tlakem socialistů zrušena. V roce 1935 byl především sedláky ustaven kostelní spolek. Plánovanou stavbu však znemožnila válka. Po válce byla zřízena kaple sv. Václava (vysvěcena roku 1947) v bývalém dřevěném armádním baráku, vybavení bylo získáno ze zrušených kostelů v hraničním pásmu. Vlivem chátrání byla kaple v 80. letech 20. století uzavřena.
Plzeň usilovala o připojení Doudlevec již od přelomu 19. a 20. století., avšak finanční požadavky Doudlevec byly nepřijatelné. K připojení došlo až při vytvoření Velké Plzně roku 1924.
Významnou součástí Doudlevec je elektrotechnická továrna vzniklá již v roce 1914 na pozemcích bývalé cihelny Karla Škody. Na základě dohody měla Škodovka zůstat výlučně zbrojím podnikem a v Doudlevcích měla vybudovat novou strojírnu smíchovská Pražská akciová strojírna Ruston-Bromovský-Ringhoffer, která se přejmenovala na Spojené strojovny Škoda-Ruston-Bromovský-Ringhoffer. V letech 1914-1918 byla postavena mostárna a plechárna a roku 1917 byl zahájen provoz. S nárůstem elektrifikace začala vznikat elektrotechnická továrna z původní elektroúdržby Škodovky a po fúzi Škodovky a Spojených strojoven vzniká v roce 1922 ETD a je zahájena výroba prvních prototypů elektrických strojů.
V Doudlevcích působil házenkářský klub Star.
