战国时期属楚洞庭郡。
秦置临沅县，仍属洞庭郡。
西汉在临沅县东增置索县，治索县城。
汉顺帝阳嘉三年（134），索县改为汉寿县，属荆州治。
隋开皇三年（583）并临沅、沅南、汉寿置武陵县。
唐五代时属朗州治，北宋乾德二年（964）改朗州为鼎州，宋徽宗政和七年（1117），改为常德郡。
宋孝宗乾道元年（1165）升为常德府，宋德佑元年（1275）改为常德路。
元朝为常德路治。
明清为常德府治。
民国二年（1913）废常德府置常德县，隶岳常澧道。
1949年7月29日，常德县解放，属常澧专区。
同年8月29日，属常德专区。
1950年，常德市县分设，县委、县政府及县直机关均设常德市（现常德市武陵区）城西。
1981年常德县迁往沅水南岸武陵镇。
1988年1月23日，撤销常德地区和常德县，常德地区改设常德市，升为地级市，原常德县改为鼎城区，属常德市管辖。
1988年，全区有9个办事处，10个镇，35个乡。
1989年谢家铺乡改镇，1991年灌溪乡改镇，1992年蔡家岗乡改镇，1993年韩公渡乡改镇，1994年洞庭乡、中河口乡改为十美堂镇、中河口镇。
1995年9月划河洑镇、河洑乡、丹洲乡、南坪岗乡、芦荻山乡4乡1镇归武陵区管辖。
2001年11月撤销国营西洞庭农场，设立祝丰镇，行政区划属鼎城区。
2008年8月，将鼎城区白鹤乡，灌溪镇白石村划归武陵区管辖。
2024年11月将鼎城区石门桥镇整体划归常德经济技术开发区代管，行政区划属鼎城区。
2024年12月，撤销武陵镇，设立玉霞、红云、郭家铺3个街道，撤销斗姆湖镇设立斗姆湖街道。
2024年11月区划调整，黑山嘴乡和黄珠洲乡并入十美堂镇，大龙站镇并入双桥坪镇，钱家坪乡和沧山乡并入黄土店镇，长茅岭乡并入尧天坪镇，唐家铺乡并入谢家铺镇，雷公庙镇和长岭岗乡并入蔡家岗镇，港二口镇和逆江坪乡合并成立花岩溪镇，丁家港乡并入许家桥回族维吾尔族乡。
2024年灌溪镇改设街道，截止到2024年12月底全区共有16个镇、1个民族乡、5个街道、93个社区居民委员会、203个村民委员会。