秦，区境属桂林郡。
汉初，县地属南越王国。元鼎六年（公元前111年）置始安县，为临桂县行政建置之始，县城址在今桂林市区，隶零陵郡。东汉改名始安侯国。
三国吴甘露元年（265年），分零陵郡南部置始安郡，始安县为其辖地。晋沿袭不变。
南朝宋属始建国。粱天监六年（507年），在苍梧、郁林境内设桂州，始安县属之。隋、唐属桂州、始安郡。唐至德二年（757年，一说贞观八年即634年），因“附郭桂州”，将始安县改名临桂县。
五代至清，临桂县名未变。五代南汉属桂州，宋属静江府，元属静江路，明清属桂林府。以上州、路、府治均设在临桂县。
民国元年（1912年），临桂县撤销，直属桂林府。2年撤府复县，更名桂林县，隶属漓江道（3年改桂林道）。16年桂林道废，桂林县直隶广西省政府。19年广西建立民团制度，桂林县属第一民团区（后改桂林区）。23年3月属桂林行政监督区（28年2月改为第一行政监督区）。29年1月从桂林县划出城区及近郊设桂林市，县复名临桂县，属桂林行政督察区（第一区）。31年3月，县由省政府直辖。33年，隶属第八区。
1949年11月22日，县境解放，隶属桂林专区（后改桂林地区）。
1954年6月，撤销灵川县，其行政区域并入临桂县。
1961年6月，临桂、灵川分治。
临桂区义宁沿革
汉至隋，今县境五通、保宁、中庸、宛田、黄沙等乡镇属始安县地，唐为灵川县地。五代后晋天福八年（943年），马氏在灵川县西部（含今龙胜县）设置义宁县，县城在今五通街（同一时期，马氏又在义宁县城东北置广明县，宋时广明县并入义宁县）。立县后，先属桂州。开运三年（946年）改隶溥州。宋属静江府。元属静江路。明、清属桂林府永宁州。清乾隆六年（1741年），析县西北另置龙胜厅（今龙胜各族自治县）。
民国时，义宁县隶属与临桂县相同。
1949年11月20日，义宁县解放，隶属桂林专区。
1951年8月，义宁县宛田区庙坪片9个行政村划归龙胜县，其余地区并入灵川县。
1961年6月临桂、灵川分县，原义宁县区域转属临桂县。
临桂区合并后
1983年10月，临桂县从桂林地区划归桂林市管辖。
2002年2月，撤销临桂镇、庙岭镇，设立新的临桂镇，以原临桂镇和原庙岭镇的行政区域为新临桂镇的行政区域。
2005年8月，撤销五通镇、保宁乡，设立新的五通镇，以原五通镇和原保宁乡的行政区域为新五通镇的行政区域；撤销两江镇、渡头乡，设立新的两江镇，以原两江镇和原渡头乡的行政区域为新两江镇的行政区域。
2013年1月18日，撤销临桂县，设立桂林市临桂区，以原临桂县的行政区域为桂林市临桂区的行政区域。
2013年1月18日，国务院批文：桂林市人民政府驻地由象山区五美路16号迁至临桂区西城中路69号。
2014年7月12日，桂林市人民政府在临桂区正式挂牌。
2015年5月25日，桂林市临桂区人民政府正式挂牌。
2015年区政府对下辖乡镇进行行政区划微调整，中庸、南边山改为镇建制。
