設立
1848年，上海美租界設立，但租界內的治安仍由上海縣的捕快負責。1854年，小刀會起義衝擊上海縣衙，各租界治安陷入混亂。此時，英、法、美三個租界採取聯合策略，共同組成市政機關--工部局，並於工部局下設定巡捕房，以維持租界治安。不過，由於美租界位於蘇州河北，巡捕房的治安管理並不有效。到1861年2月，工部局效法老閘捕房的設定，在美租界所在的虹口地區設立了工部局的第二個分巡捕房。設立之初，捕房暫時租用當地的民房，日常的開支則由虹口地區的居民和納稅人負擔，而日常管理則由負責總巡捕房日常工作的拉姆斯伯頓巡官負責。最初，虹口捕房設定副巡官一人，巡長一人，巡捕十二人。
1861年9月11日，時任工部局董事會的美籍董事金能亨向工部局提議，在虹口地區專門建造捕房辦公用房和設施。1864年12月23日，工部局董事會以每年2500兩白銀的租金，租下百老匯路處的一些房屋，經簡單裝修後，作為臨時捕房啟用。同時，工部局也試圖尋找一處合適的地點以建立較為永久性的捕房。
1875年，負責公共租界巡捕房事務的警備委員會決定在公共租界北區1068號地塊，即今閔行路16號，總計7.5畝的土地上興建虹口捕房。建造費用通過發售建設債券的形式募集。1878年8月1日，耗資32000兩白銀的虹口捕房落成，隨即捕房自百老匯路遷入新址。新建捕房可提供20名外籍巡捕和40名華捕居住，同時配有8間牢房。1890年，捕房進行改建，在原基礎上，增建供20名印度巡捕和46名華人巡捕居住的宿舍。1908年，虹口捕房在主樓東側擴建3層樓房一座。四年後，再度擴建。此後虹口捕房未再有較大改動。1943年，公共租界由汪精衛政府收回，虹口捕房的地產和設施移交上海市警察局虹口分局。
轄境
1861年虹口捕房初設之時，其轄區為整個蘇州河北的租界地區。此後隨著公共租界的擴展，虹口捕房的轄境也隨之擴大。1898年，匯司捕房建立，西虹口地區治安轉由匯司捕房管轄。1903年，匯山捕房設立，元芳路以東治安轉由匯司捕房接管。最終，虹口捕房的轄區西起北河南路，北至租界最北端界線，東從虹口港與租界北線交匯處至漢璧禮路橋，沿東漢璧禮路至元芳路後沿路往南至黃浦江邊，南界為蘇州河和黃浦江。
重大警事
1894年3月28日，朝鮮籍男子洪鐘宇在位於北蘇州路的一日商旅館內開槍射殺朝鮮開化黨黨首金玉均。虹口捕房接報後出警勘察，並於次日抓獲洪鐘宇。4月12日，洪鐘宇以及金玉均的屍體經清政府“威靖”號軍艦運抵朝鮮仁川。
1895年10月26日，上海公共租界裁縫舉行大罷工。次日下午，數百名遊行示威者聚集於虹口捕房，並於巡捕發生正面衝突。隨後34名罷工者遭到逮捕，後經會審公廨以暴力罪判處監禁或杖笞。
1915年11月10日，北洋政府上海鎮守使鄭汝成在出席完日本駐上海總領事舉行的慶賀大正天皇加冕禮的招待會後，經由外白渡橋北堍時遭革命黨人刺殺，當場斃命。行刺者王曉峰、王明山隨即被巡街巡捕當場逮捕，並關押於虹口捕房，後被引渡給上海鎮守使署。
1918年7月16日晚，日本軍艦“千代田”號水兵共7人，進入吳淞路295號美利鐘錶店，並趁維修手錶之際，哄搶手錶後逃離。該店職員隨即當街叫喊，虹口捕房一華捕隨即鳴警笛，召集周圍巡邏巡捕抓獲水兵4名並押回虹口捕房。10分鐘後，水兵由所在艦船艦長領回，但當日深夜，日本水兵和僑民聚集於虹口捕房附近尋釁滋事。19日深夜，更是在日籍巡捕的慫恿下與華人巡捕發生槍戰。最終日籍巡捕和僑民各死1人，10餘人受傷。而華人巡捕和居民各有4人受槍傷和刀傷。隨即，公共租界工部局下令萬國商團進入虹口租界地區，協助虹口捕房維持該地秩序。
