秦、汉、三国时期，属南海郡番禺县。
隋唐时期，改番禺县为南海县，属之。
1951年，设白云区。
1956年，白云、黄埔、新滘3区合并设立郊区。
1960年，撤销郊区设立黄埔、芳村、江村3区。
1963年，黄埔、芳村、江村3区合并设立郊区。
1975年、1985年、1986年，郊区分别析出部分区域，相继设立黄埔区、天河区、芳村区、海珠区。
1987年1月，郊区更名为白云区。
1987年4月，天河区同和镇划归白云区。
2005年，白云区萝岗街道、钟落潭镇九佛片区划归萝岗区（现黄埔区），矿泉街道划归越秀区，形成至今的区域范围。