灞桥区古属雍州之地，夏商时归属古杜柏国，亦称荡杜管辖。
西周时期（约前11世纪～前771年），属周都丰镐的近畿之地，东接骊戎部族，西近镐京，南连弭侯、杜柏二侯国，北隔渭水与毕（侯）国相望。周惠王姬阆十八年，秦穆公元年（前659）筑霸城（即芷阳）。秦庄襄王因芷阳宫而置芷阳县。区境在其辖地。秦王政二十六年（前221）秦始皇统一六国，建立秦朝，实行郡县制，在都城咸阳设郡一级内史，芷阳属内史管辖。
西汉时期（前206～8），分全国为103郡。汉文帝七年（前173），在区南部狄寨原为其母薄太后筑陵，置南陵为县，南陵县治在狄寨街西南大康村北。今狄寨、红旗及霸陵三乡南部均属南陵县管辖。汉文帝九年（前171），又在薄太后陵北为其营建霸陵，遂改芷阳县为霸陵县。今区中、北部均属霸陵县管辖。汉武帝太初元年（前104），将秦内史地改置京兆尹。霸陵、南陵二县隶属京兆尹。汉宣帝元康元年（前65）因其父刘进的墓地奉明园筑于今西安市东郊韩森寨而设置奉明县，今区十里铺乡在其辖区。平帝元始四年（4）撤销奉明县，辖地仍归长安县。
新莽天凤二年（15），王莽更霸陵县为水章县。
汉淮阳王刘玄更始元年（23）），复水章县为霸陵县。
东汉时期（25～220），霸陵县仍归京兆尹管辖。
三国时期（220～280），曹魏占据中国北部地区，实行州、郡、县制度，区境所在的关中地区属魏国雍州之地。
三国魏正始五年（244），改霸陵县为霸城县，后属西晋雍州之地。
南北朝时期（420～589），关中地区为北魏、西魏雍州之地，霸城县属京兆郡。
北周明帝二年（558），将长安县东部分设万年县。
周武帝建德二年（573），废霸城、杜城二县入万年县。
隋唐时期（581～907），隋文帝杨坚开皇三年（583）改万年县为大兴县，隶属京兆郡。
唐高祖李渊武德元年（618），复大兴县为万年县，隶属以京兆郡更名的京兆府。武德七年（624）废芷阳县入万年县。
唐天宝七年（748），改万年县为咸宁县。
唐肃宗乾元元年（758），复咸宁县为万年县。
五代时期（907～960），后梁太祖开平元年（907），改万年县为大年县。
后唐庄宗同光元年（923），复大年县为万年县。
宋朝时期（960～1279），宋徽宗宣和七年（1125），改万年县为樊川县。（宋时）金世宗大定二十一年（1181），复樊川县为咸宁县。
元朝时期（1271～1368），实行省、路、府（州）、县四级行政体制，设陕西四川行省，后改为陕西四川行中书省，改京兆府为安西路，后再改安西路为奉元路，咸宁均为其辖地。
明朝时期（1368～1644），明太祖洪武二年（1369），改奉元路为西安府，咸宁县遂为西安府辖地。
清朝时期（1644～1911），实行省、道、府、县四级行政体制，咸宁县隶属西安府。
中华民国时期（1912～1949），1913年2月撤销咸宁县，将其辖地并入长安县，将清代县下各社改为仓、仓设乡约、坊设地保、村设地方。民国时期灞桥地区一直属长安县管辖。
民国2年（1913），撤销咸宁县，将其并入长安县，将清代县下各社改为仓，区境内有韩森、斡耳垛、沙谷堆、路家湾、惠家庄、曹家堡、狄寨、北辰、务庄、新住、沙河、中原、山李、皂渠、东陵等15个仓。民国24年（1935），长安县在灞桥区境内设元兴乡、狄寨乡、韩森乡、灞惠乡、曹堡乡、新东乡、新西乡。
1949年，中华人民共和国成立后，于1955年元月设置西安市灞桥区。
1949年5月20日，西安解放。6月3日，长安县在灞桥区境内设立灞桥、新筑两个中心区和狄寨、韩森、曹堡、新东4个区。7月，撤销中心区建制，合并成立狄寨、灞桥、曹堡、新筑4个区，并相继组建乡政权。狄寨区下辖一乡（迷鹿）、二乡（车村）、三乡（大康村）、四乡（南枝村），五乡（狄寨街）、六乡（金乎沱）、七乡（马渡王）、八乡（任家坡）；灞桥区下辖一乡（鲁峪）、二乡（车丈沟）、三乡（惠王村）、四乡（岳家沟）、五乡（赵庄）、六乡（豁口）、七乡（读书）、八乡（务庄）、九乡（上桥梓口）；曹堡区下辖一乡（赵家庄）、二乡（神鹿坊）、三乡（江村）、四乡（神峪寺沟）、五乡（郭家滩）、六乡（水沟）、七乡（官厅）、八乡（席王）、九乡（香王）、十乡（刘村）；新筑区下辖一乡（瓦盆于）、二乡（杨南村）、三乡（疙瘩庙）、四乡（马寨）、五乡（邹家村）、六乡（炭家庄）、七乡（西庄）、八乡（新寺）、九乡（仓门）和新筑市等36个乡和1个市以及西安市第十区下辖的一乡（尹家街）、二乡（十里铺）两个乡，共38个乡，1个市。
1949年10月～1954年12月，境内基层政权组织分别由长安县人民政府和西安市第十区人民政府领导。
1950年4月，曹堡区撤销，将6个乡划归狄寨区，4个乡并入灞桥区。1951年6月，区划调整，将新筑区下辖的9乡1市调整为13个乡。西安市第十区所辖的两个乡未变。
1954年2月，狄寨、灞桥、新筑3个区依次改称长安县第四、第五、第六区。西安市十区所辖的两乡未变。
1955年1月，西安市辖区扩大，将长安县所辖第四区的一部分共6个乡和第五区12个乡划归西安市，成立西安市灞桥区。当时尚未划归灞桥区管辖的区乡仍由长安县和西安市长乐区（第十区改称）管辖。灞桥区下辖18个乡。4月，将原来的18个乡调整为14个乡；5月，长安县第四、第六区改称狄寨、新筑区。
1956年5月，灞桥区将14个乡合并调整为6个乡和1个街道办事处；长乐区将第一、二乡及部分村庄合并为十里铺乡；长安县撤销狄寨区，将所辖6乡合并为狄寨乡。1957年7月，将长乐区撤销并入灞桥区，所辖十里铺、等驾坡、韩森寨3个乡改归灞桥区管辖。8月，撤销韩森乡，成立韩森寨、胡家庙、沙坡3个街道办事处。灞桥区共辖8个乡、4个街道办事处。
1958年9月，灞桥区在8个乡和4个办事处的基础上，建立红旗、红星、红光3个农村人民公社。同时长安县的狄寨乡和新筑区分别建立狄寨人民公社和新筑人民公社。同年10月，狄寨公社划归灞桥区，并入红旗公社。12月，长安县新筑公社和高陵县耿镇公社划归灞桥区管辖，合并为新筑人民公社。1960年5月增设纺织城公社，下辖8个工厂家属管理区；官厅管理区并入席王管理区；岳家沟、鲁峪两个管理区合并组成洪庆人民公社农场。7月，十里铺管理区并入胡家庙公社。
1960年5月实行城市人民公社化，灞桥区撤销红旗、红光、红星3个农村人民公社建制，分别成立纺织城、长乐、洪庆3个城市人民公社。1961年4月，公社规模划小，灞桥区4个人民公社划分为15个人民公社。1962年1月，洪庆人民公社增建庆华人民公社，6月撤销，并入洪庆人民公社。7月将胡家庙公社划入新城区；东关公社划入碑林区。1963年9月，耿镇回归高陵县，由原耿镇、新筑、水流3个公社的部分村队组成新合公社。
1964年10月，将碑林区的兴庆公社划旧灞桥区。1965年10月，灞桥区建制撤销，将韩森公社、纺织城公社划归新城区。其余各乡划归西安市郊区管辖。
1966年5月，灞桥区内10个农村公社和纺织城公社仍分别归西安市郊区和新城区领导。10月，洪庆、水流、新合、十里铺、席王、狄寨、毛西等7个公社依次更名为红星、火炬、永红、向阳、曙光、红原、立新公社。1968年2月至10月，各公社陆续成立革命委员会。
1972年5月，改名的7个公社恢复原名。
1976年10月～1980年3月，灞桥、洪庆、新筑、水流、新合、十里铺、红旗、席王、狄寨、毛西等10个人民公社革委会仍归西安市郊区革委会管辖，纺织城人民公社革委会仍归新城区革委会管辖。
1980年4月，灞桥区建制恢复，纺织城街道办事处由新城区划归灞桥区。5月，将各公社革委会改为管委会。1984年5月，将各公社改为乡。1985年4月4日，将灞桥、洪庆两个乡改为镇。1988年11月将毛西乡更名为“霸陵乡”。至1993年12月，灞桥区下辖8个乡（新筑、水流、新合、十里铺、红旗、席王、狄寨、霸陵）2个镇（灞桥、洪庆）1个街道办事处（纺织城）。229个行政村、427个自然村、27个居民委员会、58个家属委员会。
1996年，灞桥区面积322平方千米，人口41.1万人。辖5个街道、3个镇、3个乡：纺织城街道、洪庆街道、红旗街道、席王街道、十里铺街道、新筑镇、灞桥镇、狄寨镇、新合乡、水流乡、灞陵乡。
2000年第五次人口普查，全区总人口494084人，其中：纺织城街道95596人、十里铺街道45830人、红旗街道55513人、席王街道42585人、洪庆街道67649人、狄寨镇35016人、灞桥镇50018人、新筑镇39154人、灞陵乡20717人、新合乡21227人、水流乡20779人。
2001年末，撤销灞陵乡，并入席王街道；新合乡、水流乡合并为新合镇。灞桥区辖5个街道、4个镇：红旗街道、席王街道、纺织城街道、洪庆街道、十里铺街道、狄寨镇、新筑镇、灞桥镇、新合镇。
2004年，根据西安市政府《关于撤销灞桥区灞桥镇等4个镇建制设立灞桥等4个街道办事处的批复》（市政发[2004]88号）精神，经灞桥区政府2004年8月5日第七次常务会议研究，撤销灞桥、新筑、新合、狄寨4个镇，分别设立灞桥、新筑、新合、狄寨4个街道，属区政府派出机关。各镇政府改为街道办事处后，其行政区域和办公地址不变。9月1日各街道办事处正式挂牌成立。
