夏、商、西周时期，桥西区境处在北方各游牧民族的更迭占据或处在中原农耕政权与北方游牧民族的交界地。
春秋时期，桥西区境先后属东胡、燕、赵。
战国时期，公元前475年，赵襄子灭代，建北边军事要塞“无穷之门”（今属张北），桥西区境处赵、燕、匈奴、东胡交界地。燕昭王二十九年（前283），燕昭王派大将秦开攻东胡，拓地千里，置上谷郡，治于宁（今延庆附近），桥西区属燕上谷郡。秦王政（始皇）二十三年（前224），秦取燕赵大部，重置上谷郡，治于沮阳（今怀来东南），桥西区属秦上谷郡。
秦代。秦统一六国（前221）后，划分疆域为36郡，桥西区仍属上谷郡。
汉代。汉武帝元光六年（前129），置广宁县（治今高新区），桥西区属广宁县。汉武帝元封元年（前110），分疆域为13部郡，桥西区境属幽州上谷郡广宁县管辖。东汉初，一度属匈奴。东汉和帝永元元年（89年），复置广宁县，桥西区属之。
三国时期本区境属曹魏幽州上谷郡。
晋代。西晋咸宁二年（276年），分幽州置平州，桥西区属幽州广宁郡。晋武帝太康元年（280年），分上谷郡置广宁郡，辖下洛县，桥西区属下洛县。东晋属前秦幽州大宁。
南北朝时期，桥西区境大多时候成为割据政权与北方游牧民族的交界区域。南北朝北魏孝文帝太和元年（477年），桥西区属燕州广宁郡广宁县。
隋初，改州、郡、县三级制为州县两级制，桥西区属北燕州。大业三年（607年），将州一级改为郡，桥西区境属涿郡（原幽州）怀戎县（今怀来县）。
唐，政区实行道、州、县三级制，桥西区属河北道武州文德县。
后晋天福元年（936年），高祖石敬瑭将“燕云十六州”割贿契丹。桥西区境属契丹。
辽，桥西区境属契丹（辽）西京道归化州文德县。
金，大定八年（1168年），改归化州为宣德州，本区属西京路宣德州宣平县（治今万全宣平堡）。
元，桥西区境始终属中书省上都路宣德府宣平县。
明洪武二十六年（1393年），废宣平县，置万全左右卫，桥西区境属万全右卫地。宣德四年（1429年），建张家口堡（即堡子里）。成化十年（1474年），本区及万全左右卫等地属宣府西路。嘉靖四十五年（1566年），本区为宣府上西路。
清康熙三十二年（1693年），裁改旧制，撤镇卫，置府县，以万全右卫地和西路属地为主体合置万全县，桥西区境属之。
清雍正二年（1724年），设张家口理事同知厅。管理口外察哈尔八旗并口里各州县钱粮、稽盗、互讼等事务。张家口厅侨治桥西区。
清光绪七年（1881年），改为抚民厅。
民国初，桥西区境属直隶省口北道万全县第六区。
民国三年（1914年），北洋政府设察哈尔特别区，都统署侨治张家口堡（堡子里）。万全县治由德胜口（万全卫城）迁至桥西张家口堡。
民国十七年（1928年），直隶省易名为河北省。撤销察哈尔特别区，将口北道10县划归察哈尔，与原察哈尔所辖张北、商都、多伦、沽源、康保、宝昌六县组成察哈尔省，省会张家口。省府机关驻桥西。
民国二十六年（1937年）日军侵占张家口后不久，扶持建立伪“蒙疆联合自治政府”。张家口为首府，称特别市，办事机关驻桥西区。特别市辖4区、26镇、21村，时桥西区境分为二、三、四3个区，辖20镇。
民国三十四年（1945年）8月23日，中国共产党领导的八路军首次解放张家口。桥西区境划分为三、四、五、六、七5个区，隶属察哈尔省张家口市人民政府。市政府驻桥西区长青路。
民国三十五年（1946年）10月，中共军队因战略需要主动撤出，张家口及桥西被国民党傅作义部占据。
民国三十七年（1948年）12月24日，张家口第二次解放，桥西仍属察哈尔省张家口市，区境内划分为三、四、五、六、七5个区。
1949年3月12日，桥西境内五个区合并为张家口市第二、第三区。
1952年11月7日，撤销察哈尔省建置，桥西划归河北省张家口市，境内仍划分为第二、第三区。
1955年10月26日，张家口市第二区、第三区合并，始置桥西区，属河北省张家口市管辖。
1961年5月4日，撤销桥西区，分别建大境门、明德、武城三区，均属河北省张家口市管辖。
1963年3月1日，大境门、明德、武城3个区合并，复置桥西区，隶属河北省张家口市管辖。
1990年2月，原张家口市茶坊区撤销，该区沈家屯乡和东窑子乡的16个村划归桥西区。
1993年5月13日，桥西区撤销东窑子乡和沈家屯乡，建立东窑子镇和沈家屯镇。
2000年到2009年，在今东窑子镇东湾子村、石匠窑村一带，陆续有石铲、石斧、石杵等出土，伴随着这些石器，还有大量的陶片出土，证明新石器时代桥西区境内即有人类居住。
2004年3月30日，桥西区沈家屯镇所辖区域移交高新区托管，至今。
2016年1月，《国务院关于同意河北省调整张家口市部分行政区划的批复》（国函〔2016〕5号）：撤销宣化县，将原宣化县的沙岭子镇、姚家房镇划归张家口市桥西区管辖。
