清乾隆二十三年(1758)，在現(xiàn)轄區(qū)龍泉街以北到南門，修筑土城。

二十八年，接土城北垣，擴建新城。

欽定此城為迪化。

俗稱漢城。

清道光五年（1825），在迪化城東（今建國路一帶），修筑滿營土城。

清光緒六年（1880），在滿營土城原址，修筑滿城。

光緒十二年（1886）將漢城和滿城合并擴建。

1946年迪化市設(shè)5個區(qū)，其中一、二、三、四、五區(qū)，均在現(xiàn)在的天山區(qū)境內(nèi)。

新中國成立初，迪化市仍轄5個區(qū)。

1951年將5個區(qū)調(diào)整為7個區(qū)，其中，一、二、三、四、五區(qū)，在現(xiàn)天山區(qū)境內(nèi)，面積約14平方千米。

1957年將一、四、五區(qū)合并為成立天山區(qū)；二、三、四(部分)區(qū)合并為二區(qū)（1957年定名多斯魯克區(qū)），并將烏魯木齊縣燕兒窩的部分行政區(qū)域劃歸二區(qū)。

1957年，在天山區(qū)設(shè)六道灣、東門、西門、南門、西河街街道辦事處，在多斯魯克區(qū)設(shè)勝利路、團結(jié)路、解放路、小東梁、新市場街道辦事處。

1959年，城市人民公社化運動中，勝利路辦事處，改為勝利人民公社；團結(jié)路辦事處，改為團結(jié)人民公社；解放路辦事處，改為龍泉人民公社；新市場辦事處，改為新華人民公社；小東梁辦事處，改為躍進人民公社；南門辦事處，改為和平人民公社；東門辦事處，改為泉山人民公社；西河街辦事處改為紅山人民公社；西門辦事處，改為民主人民公社；六道灣辦事處，改為六道灣人民公社。

1960年6月14日，天山區(qū)與多斯魯克區(qū)合并，定名天山區(qū)。

團結(jié)、勝利人民公社合并，稱多斯魯克人民公社；龍泉、躍進、新華人民公社合并，稱新華人民公社；泉山、和平人民公社合并，稱泉山人民公社；紅山、民主人民公社合并，稱紅山人民公社。

1962年，恢復(fù)原10個街道辦事處。

1969年3月，改稱街道革命委員會。

1976年9月8日，解放路、新市場街道革命委員會合并，稱解放南路街道革命委員會。

1977年西門、南門街道革命委員會合并，稱解放北路街道革命委員會。

1977年2月，小東梁街道革命委員會更名為和平路街道革委會。

1979年，恢復(fù)街道辦事處名稱。

1982年10月，在勝利路街道辦事處烏拉泊居委會的基礎(chǔ)上，成立燕兒窩街道辦事處。

六道灣街道辦事處，更名為新民路街道辦事處。

1985年7月，從勝利路、團結(jié)路、解放南路辦事處劃出河灘、供水站、三橋、四橋、南公園、南渠巷、西河壩前街、西河壩后街居委會，成立新華南路街道辦事處。

1985年8月，從解放北路街道辦事處劃出幸福路、體育館路、影劇院、干休巷、東環(huán)路、幸福路四巷、東大梁居委會，成立幸福路街道辦事處。

1985年8月市人民政府決定，將離城區(qū)32千米處的烏魯木齊縣烏拉泊工業(yè)區(qū)劃歸天山區(qū)。

8月10日，成立烏拉泊街道辦事處。

1988年10月，新民路街道辦事處劃歸水磨溝區(qū)管轄。

1989年4月28日，成立青年路街道辦事處。

1989年8月將紅山路居委會、北山坡居委會移交水磨溝區(qū)。

2000年12月，對團結(jié)路、勝利路、燕爾窩等街道辦事處行政管轄區(qū)進行調(diào)整，成立延安路街道辦事處；對東門街道辦事處行政管轄區(qū)域進行調(diào)整，成立堿泉街街道辦事處。

2001年1月，將大灣鄉(xiāng)劃歸天山區(qū)，大灣鄉(xiāng)最大的倉房溝村劃歸沙依巴克區(qū)。

原由烏魯木齊市農(nóng)委管理的烏拉泊牧場移交大灣鄉(xiāng)管理。

2002年8月，烏拉泊辦事處劃歸達坂城區(qū)，烏拉泊辦事處所轄5個社區(qū)居委會一并劃出。

2006年2月14日，撤銷中共天山區(qū)大灣鄉(xiāng)黨委，成立中共天山區(qū)紅雁街道黨工委。

2008年全區(qū)轄14個街道辦事處，129個社區(qū)居委會，1個行政村，1個牧場。

2009年12月28日成立黑甲山片區(qū)管理委員會、二道橋片區(qū)管理委員會、大灣片區(qū)管理委員會、賽馬場片區(qū)管理委員會，全區(qū)新增11個社區(qū)，社區(qū)由129個增加為140個。

2011年5月20日調(diào)整劃分，天山區(qū)社區(qū)居委會數(shù)由140個增加至147個。

2011年6月14日，在原有新華北路街道辦事處、堿泉街道辦事處、團結(jié)路街道辦事處原有轄區(qū)范圍基礎(chǔ)上，2012年10月18日，新增31個社區(qū)，2013年3月18日，新增9個社區(qū)，2013年7月23日，成立南草灘街道辦事處，2013年10月30日，新增3個社區(qū)，2014年4月18日，新增5個社區(qū)。

截止目前，天山區(qū)有16個街道辦事處，195個社區(qū)、1個村委會、1個牧場。