夏商时期，为北方民族繁衍生息之地。
春秋时期，为白翟（即猃狁之族）牧地。
战国时期，属林胡牧地。
秦灭六国统一中原后，分为三十六郡，海勃湾区隶北地郡。
在此后漫长的岁月里，海勃湾区境内先后成为蒙古、汉、回、满等20个民族活动的场所。
明中叶以后，海勃湾地区为鄂尔多斯部的游牧地，并一直延续到中华民国时期。
1949年10月1日，中华人民共和国成立以后，海勃湾地区隶属鄂托克旗。
1955年，从鄂托克旗析出成为独立地区，先后称谓为卓子山矿区、海勃湾市，均隶属伊克昭盟管辖。
1976年1月，乌海市成立，海勃湾区为乌海市辖中心区。