栾城之名，始自春秋。相传这里在春秋时为晋大夫栾宾的儿子栾书之封邑，故名栾邑。西汉置关县，治所在今北十里铺。东汉章和元年（87年）省关县，在今栾城县城南12.5千米处置栾城县，因古栾邑得名。三国魏时，栾城县省入平棘县。北魏太和十一年（487年）复置栾城县，治所在今焦家庄东。北齐时废栾城县。隋开皇十六年（596年）复置栾城县。唐天佑二年（905年）改名栾氏县，后唐同光元年（923年）又改称栾城县。明洪武十年（1377年）县治由焦家庄东迁至今县城。
1949年，栾城县属石家庄专区。1950年6月1日，获鹿县第六区方村等27个自然村划归栾城县管辖。1958年12月20日，撤销栾城县，方村等11个自然村划归石家庄市，其余境并入藁城县。1960年栾城县境由藁城县划出，属石家庄市桥东区。1961年7月改属赵县管辖。1962年3月27日恢复栾城县，属石家庄专区（1970年改称石家庄地区）。1986年4月5日，栾城县划归石家庄市管辖。2014年，撤销栾城县，设立石家庄市栾城区。
1990年栾城县辖3个镇、13个乡，192个村。1996年，栾城县面积379平方千米，人口35万人。辖5个镇、3个乡：栾城镇、冶河镇、窦妪镇、郄马镇、方村镇、柳林屯乡、柳林屯乡、西营乡。县政府驻栾城镇。
2000年第五次人口普查，栾城县常住总人口376187人，其中：栾城镇65395人，郄马镇25921人，方村镇86230人，冶河镇45595人，窦妪镇47049人，南高乡25910人，柳林屯乡37543人，西营乡42544人。
2001年1月22日，国务院批准（国函[2001]10号）：将栾城县方村镇的方村、南焦、南王、赵卜口、宋村、东荆壁、西荆壁、贾村、台上、位同、南栗、南位12个村划归石家庄市裕华区管辖。
2002年，全县面积360.6平方千米，人口约34万人。辖5个镇、3个乡：栾城镇、郄马镇、冶河镇、窦妪镇、楼底镇、南高乡、柳林屯乡、西营乡。共有9个社区、182个行政村。县政府驻栾城镇惠源路21号。
2004年，全县总面积345平方千米。总人口87925户319222人，比上年增长102人。其中农业人口55180户244208人，非农业人口32745户75014人。辖栾城、冶河、楼底、郄马、窦妪5镇，西营、南高、柳林屯3乡，182个行政村，1188个村民小组。
2009年末，栾城县的郄马镇由石家庄高新区托管。
2010年第六次人口普查，栾城县常住总人口355775人，其中：栾城镇84068人，郄马镇26842人，冶河镇46333人，窦妪镇49914人，楼底镇39027人，南高乡25671人，柳林屯乡39397人，西营乡44523人。
2014年9月9日，国务院（国函[2014]122号）批复同意撤销栾城县，设立石家庄市栾城区，以原栾城县的行政区域为栾城区的行政区域，栾城区人民政府驻栾城镇裕泰路9号。