La société est née le 7 septembre 2016 de la fusion de quatre anciennes SEM : la SEM 92, la SEMERCLI, Yvelines Aménagement et la SARRY 78. La création de cette nouvelle entité s’est inscrite dans le cadre du rapprochement des départements des Hauts-de-Seine et des Yvelines, impulsé par Patrick Devedjian et Pierre Bédier, réunis sous la forme d’un Établissement Public Interdépartemental. À sa fondation, Pierre Bédier, alors président du Conseil départemental des Yvelines, est nommé président. Hervé Gay devient le premier directeur général.

Le 17 juin 2019, Citallios, la Ville de Clichy-la-Garenne et Vinci Construction Terrassement inaugurent le premier téléphérique de déblais à gravats de France pour l’opération de renouvellement urbain du Quartier du Bac. Le même mois, Maurice Sissoko devient le nouveau directeur général et entame une inflexion stratégique qui se traduit dans une feuille de route opérationnelle, le plan stratégique CAP 2023. L’élargissement de la palette d’offres de Citallios s’est notamment concrétisée par la création d’une filiale de co-promotion. La société est aussi devenue la première SEM d’aménagement à inscrire sa Raison d’être dans ses statuts : « Imaginer et construire un cadre de vie humain, sobre et durable, en assemblant les contributions nécessaires à la transformation des villes et des territoires avec tous et pour tous ». En février 2020, Vincent Franchi succède à Pierre Bédier à la présidence.