明清时期区北部属阳曲县西关都、正西乡西鸣都、呼延都等，南部属太原县凤中一都、凤中二都等。
民国初属阳曲县第三区、第五区及太原县北部区域，后属太原市外三、四、五区及阳曲县部分区域。
1949年属太原市第七区及阳曲县部分区域。
1950年改为太原市第五区。
1954年改称万柏林区。
1957年属太原市郊区。
1958年7月以原万柏林区属地为主组成河西区。
1960年6月撤区，分属义井、和平、万柏林、西山4市辖公社。
1961年3月复置河西区。
同年11月将原西山人民公社地域析出，设立西山工矿区。
1963年2月西山工矿区并入河西区。
同年4月将河西区的农业地区析出，与其他区的农业地区合并设郊区。
1970年3月郊区分为南郊区、北郊区，区境属北郊区和河西区。
1997年设立万柏林区至今。