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。
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,从长安县划分出第四区的6个乡,第五区的12个乡组成。共辖18个乡。