Ντεμπούτο στην Ε.Σ.Κ.Α. (2011 – 2012)
Η Α.Ε. Πεντέλης ξεκίνησε την πορεία της απευθείας στην Α’ Κατηγορία της Ε.Σ.Κ. Αττικής, αντικαθιστώντας το Νεοπεντελικό που ήδη αγωνιζόταν εκεί από το 2006.
Περίοδοι στη Γ’ Εθνική (2012 – 2018)
Την αγωνιστική περίοδο 2011-2012, η Α.Ε. Πεντέλης κατακτώντας το πρωτάθλημα της Α ‘ ΕΣΚΑ προβιβάστηκε για πρώτη φορά στην ιστορία της στις Εθνικές κατηγορίες και δη στη Γ’ εθνική κατηγορία όπου αγωνίστηκε για 6 συναπτά έτη.
Στα αξιοσημείωτα της 6ετούς αυτής πορείας ήταν η συμμετοχή στα μπαράζ ανόδου τις περιόδους 2015-2016 και 2016-2017 αλλά και της περιόδου 2017-2018 όπου έφερε και την άνοδο στην Β’ εθνική κατηγορία.
Περίοδοι στη Β’ εθνική 2018 – 2022
Στη Β’ εθνική αγωνίστηκε για 4 περιόδους, από τις οποίες όμως μόνο οι δύο ολοκληρώθηκαν λόγω covid-19 και διακοπής των πρωταθλημάτων 2019-2020 και 2020-2021. Στα αξιοσημείωτα της τετραετίας ήταν η εύκολη σχετικά παραμονή στην παρθενική εμφάνιση της ομάδας στην κατηγορία την περίοδο 2018-2019 , η πορεία πρωταθλητισμού στον πρώτο γύρο της περιόδου 2019-2020 (που αργότερα διακόπηκε) που βρήκε την ομάδα ακόμα και στην πρώτη θέση καθώς και η ιστορική πρώτη της συμμετοχή για κύπελλο Ελλάδος όπου αντιμετώπισε τον Απόλλων Πάτρας.
Την αγωνιστική περίοδο 2021-2022, η ομάδα δεν κατάφερε να διατηρηθεί στην κατηγορία και επέστρεψε στην Γ’ Εθνική σημειώνοντας τον πρώτο της υποβιβασμό σαν ΑΕ Πεντέλης.
Τρέχουσα περίοδος 2022- 2023
Την τρέχουσα περίοδο η ομάδα συμμετέχει στο Πρωτάθλημα της Γ’ Εθνικής Κατηγορίας Ανδρών, αγωνιστικής περιόδου 2022 – 2023.
