秦朝，区境属秦九原郡管辖，郡治九原县（今麻池古城遗址）。九原郡辖境相当于今巴彦淖尔盟的临河县和五原县、今伊克昭盟的达拉特旗和杭锦旗，以及今包头市九原区所辖范围。
西汉元朔二年（公元前127年），区境属五原郡管辖且是五原郡政治、经济中心。此前，区境一度为匈奴辖境。
元朔二年，汉将卫青、李恩出云中郡（治今托克托县北古城）进击匈奴，“收河南地置朔方、五原郡”。五原郡辖16个县。其中有4一个县在今九原区境内。九原县为郡治，在今麻池古城；五原县，今哈德门古城；固阳县，今古城湾古城；临沃县，遗址不详。
新（8一23年），改五原郡为获降郡，区境为获降郡所辖。九原县为成平县、五原县为填河亭、固阳县为固阴县、临沃县为振武县。
东汉建武元年至建安二十年（25—215年），区境仍归五原郡管辖；建安二十年至建安二十四年（215一219年），区境为新兴郡管辖。
汉献帝建安二十年（215年），东汉政府“省云中、定襄、五原、朔方郡，郡置一县领其民，合为新兴郡，属并州。”东汉初，从建武五年到十六年（29一40年），区境曾在卢芳割据政权的控制之下。卢芳，今宁夏同心县人，自称是汉武帝曾孙，于建武五年，割据五原、云中、朔方、定襄、雁门五郡称帝，都九原县。建武十六年降汉。
三国时，未在区境设立建制。220年，鲜卑拓跋部在首领力微率领下人居九原地区。
西晋时，区境为鲜卑人牧地。
东晋时，鲜卑人曾两度建国。咸康四年至太元元年（338—376年)，拓跋首领什翼键建立代国（所辖范围相当于今内蒙古中部和晋北地区）区境是代国的一部分。东晋太元十一年（386年），鲜卑拓跋建立北魏，定都盛乐（今呼和浩特市的和林格尔县北土城子），区境成为北魏辖地。延和初年（432年），拓跋焘在阴山设置六镇，以防柔然侵入，区境位于六镇之一怀朔镇的南部。正光五年（524年），怀朔镇改为朔州，区境为朔州管辖。
隋朝，开皇元年至五年（581—585年）区境为隋五原郡辖境。之后，区境一直为突厥族的牧地，直到唐朝景龙二年（708年）为止。120多年里，这一带呈现一派“人民羊马，遍满山谷”的景象。
之后，归唐关内道丰州中受降城（今敖陶窑子古城）管辖。景龙二年，唐朔方军总管张仁愿“於河北筑三受降城，首尾相应，以绝其南寇之路”。中受降城即在现九原区境内。其间，开元十年至天宝八年（723—750年）安北都护府设在中受降城。
宋朝，区境大部归西夏（1032一1227年）黑山威福军司管辖。西夏和辽国的国界线遗址就在今沙尔沁村东。
元朝，区境归大同路云内州管辖。云内州农业、陶瓷业发达。元诗人刘秉忠有诗描绘云内州的风光：“出边弥弥水西流，夹路离离禾黍稠。”
明朝，洪武无年至宣德十年（1368一1435年），区境归明东胜卫管辖。宣德十年以后，直到明亡，区境为蒙古土默特部的牧场。
清朝，区境分属土默特右翼旗，乌拉特前旗、乌拉特中旗、乌拉特后旗管辖。同时，区境还先后受归化城（今呼和浩特旧城）、萨拉齐厅、五原厅节制。境内出现一地二治、蒙汉分理的格局。
清时，今兴胜镇乌拉特后旗（东公旗）管辖；今新城、麻池等归乌拉特中旗（中公旗）管理；今哈业胡同、哈业脑包、哈林格尔等镇、乡归乌拉特前旗（西公旗）管理；今古城湾、沙尔沁、沙木佳等乡、镇为土默特右翼旗六甲之地。境内汉民事宜，雍正元年（1723年）归归化城理事同知（正五品）管辖，乾隆四年（1739年）改由萨拉旗协理通判（正六品）管理。乾隆二十五年（1760年），由萨拉齐理事厅管辖。光绪十年间（1884年），理事厅改称抚民理事厅。
光绪二十九年（1903年），又增设五原抚民理事厅，五原厅治隆兴长，寄治包头镇（今东河区）。萨拉齐、五原二厅以东河区西脑包大照壁为界。从此，境内西部的汉人事宜改由五原抚民理事厅管辖。
1912—1923年（民国元年至民国12年），境内仍沿袭清朝建置，未作大变动，只是改厅为县，设知事，废同知；土默特旗改都统为总管（委任），乌拉特三旗仍设扎萨克（世袭）。其时，区境东部受土默特右旗和萨拉齐县管辖，中西部为三公旗和五原县节制。而五原、萨拉齐二县在1914年（民国3年）以前隶山西之后受绥远特别行政区管辖（民国17年，绥远特别行政区改称绥远省）。
1923一1926年（民国12年至民国15年），区境大部由包头设治局管辖，东部仍由萨拉齐县节制。
民国12年3月，平绥铁路通车到萨拉齐县包头镇，包头镇始和萨拉齐县分治、析萨拉齐县磴口以西、五原县西山咀以东设包头设治局。
1926年1月至1937年12月（民国15年1月至民国26年12月），区境大部受包头县节制，最东部仍由萨拉齐县管辖。
1945年8月至1946年2月（民国34年8月至民国35年），区境归包头市政务委员会和萨拉齐县管辖。
1946年2月至1949年12月（民国35年2月至民国38年12月），区境分属包头市、包头县、萨拉齐县管辖。
1946年（民国35年）绥远省政府撤销包头市政务委员会，分设包头市和包头县。
1947年2月（民国36年2月）包头市和包头县又合署办公，市长兼任县长。
新中国成立以后，1950年3月25曰至1953年10月5日，仍沿袭民国建置，区境分属包头市、包头县、萨拉齐县管辖。
1953年10月5日，区境归包头市人民政府郊区临时工作委员会管辖，境内始单独设制。
1953年，绥远省人民政府撤销包头县建置，设立包头市人民政府郊区临时工作委员会，简称“临时工委”，为包头市人民政府的派出机构。
1954年5月临时工委被撤销，设立包头市人民政府郊区工作委员会，简称“工委”，仍为派出机构。
1960年4月至1963年5月1日，包头市郊区建制被撤销，区境分属昆都仑区、青山区、东河区和石拐矿区管辖。
1963年5月1曰经内蒙古自治区人民委员会批准，恢复包头市郊区建制。
1963年5月1日设立包头市郊区人民委员会；1968年2月改称包头市郊区革命委员会；1980年1月改称包头市郊区人民政府。
1998年，郊区有二个乡（河东乡、国庆乡）和十九个行政村划归东河区、石拐区、青山区和昆区，总面积达500余平方公里。
1999年8月10日，民政部批准（民发[1999]22号）将包头市郊区更名为九原区。
2000年，九原区辖4个镇、9个乡、1个苏木。
2002年九原区辖5个镇、5个乡、1个苏木：沙河镇、莎木佳镇、兴胜镇、麻池镇、哈业胡同镇、沙尔沁乡、古城湾乡、新城乡、哈林格尔乡、哈业脑包乡、红旗农场。
2007年，九原区辖7个镇、3个乡、1个苏木：沙河镇、莎木佳镇、兴胜镇、麻池镇、新城镇、哈林格尔镇、哈业胡同镇、沙尔沁乡、古城湾乡、哈业脑包乡、阿嘎如泰苏木。
2008年6月，包头市制定行政区划调整方案：将九原区沙尔沁镇整建制划出，将兴胜镇所属的29个村，麻池所属的5个村，哈业胡同镇所属的15个村，阿嘎如泰苏木所属的1个嘎查划出。区划后九原区辖区总面积由1858平方千米缩减为734平方千米。
