清代初期由盛京内务府和宁古塔将军所辖。1683年(康熙二十二年)起，改属黑龙江将军管辖。1691年(康熙三十年)，清朝在齐齐哈尔城设齐齐哈尔城守尉，这是齐齐哈尔建置之始，这时龙沙区境内归属齐齐哈尔城守尉所辖。1699年(康熙三十八年)，黑龙江将军衙门移驻齐齐哈尔城，直辖齐齐哈尔，龙沙区隶属齐齐哈尔管辖。1897年（光绪二十三年），黑龙江将军因感“边塞无佳境”，遂于屯兵仓库之地，堆土为台，掘池其下，辟为公园，始称“仓西公园”，1916年改称“龙沙公园”。
1905年(光绪三十一年)黑龙江省城(齐齐哈尔)巡警局成立，当时龙沙区境域隶属黑龙江省城巡警局所辖。
1906年(光绪三十二年)，黑龙江省城(齐齐哈尔)巡警局划分省城警察辖区，当时南区、西区和当时开辟的商埠区均属今龙沙区境域，这是龙沙区建置之始。
民国时期黑龙江省城管理机关名称几经变化，龙沙区境域也曾多次调整，先后隶属于黑龙江省会警察厅、黑龙江省城市政公所等。
伪满时期先后隶属于伪齐齐哈尔市政局、伪齐齐哈尔市公署。解放初期，1945年抗日战争胜利后，齐齐哈尔市人民政府于1946年5月将全市原伪满时期的11个区划为6个区，今龙沙城区包括二区、三区和六区部分地方。
1949年新中国成立，市人民政府重新划分行政区，当时的二区、三区和四区部分地方为今龙沙区辖境。
1954年12月，经黑龙江省人民政府批准，齐齐哈尔市将原市内6个区调整为4个区。以原四区、二区、三区和五区的部分区域设立永定区，即今龙沙区。
1958年1月，撤销永定区，同年12月，全市实现“人民公社化”，全市划分为10个人民公社，龙沙、新华人民公社是今龙沙区。
1961年8月，齐齐哈尔市人民政府将龙沙、新华人民公社合并为龙沙区。文化大革命期间，龙沙区人民委员会改称革命委员会。
1972年，将郊区所属的大民公社，划归龙沙区管辖。此后，龙沙区境域没有变化。
1980年，龙沙区革命委员会改称龙沙区人民政府。
