原为朝阳县城。1979年8月30日，国务院批准：复设朝阳市，以朝阳县的朝阳镇，城郊公社，七道泉子公社的南七道泉子大队、北七道泉子大队、上河首大队、下河首大队、公皋大队、水泉大队、芹菜沟大队7个大队，边杖子公社的铁匠炉大队、大西山生产队，西大营子公社的半拉山子大队、哨口大队，凌北公社的新荒地生产队为朝阳市的行政区域；朝阳市由朝阳地区领导（1980年6月朝阳市正式成立）。1980年3月，辽宁省人民政府批准：朝阳市城郊公社更名为朝阳公社。1981年1月，设立朝阳市凌河街道办事处，以前进街道办事处部分行政区域为凌河街道办事处行政区域。
1984年6月30日，国务院《国务院关于辽宁省撤销铁岭、朝阳地区和铁法市等问题的批复》（国函[1984]104号）批准；1984年7月13日，辽宁省政府（辽政发[1984]112号）《转发国务院关于设立省辖铁岭、朝阳市的通知》转发：朝阳市恢复升格为省辖地级市，设立双塔、龙城两个区。以原朝阳市的行政区域（除七道泉子乡外）设立双塔区。1984年9月，双塔区正式成立；撤销朝阳公社，设立孟克乡、八里堡乡。双塔区辖南塔街道、北塔街道、光明街道、前进街道、凌河街道5个街道办事处，孟克乡、八里堡乡2个乡，共109个居民委，15个村委会，114个村民组。
1986年4月，设立新华街道办事处，以光明街道办事处划分出8个居民委员会、前进街道办事处划分出5个居民委员会合计13个居民委员会为新华街道办事处的行政区域。区划调整后，双塔区辖南塔街道、北塔街道、光明街道、前进街道、凌河街道、新华街道6个街道办事处，孟克乡、八里堡乡2个乡。
1993年1月至3月，朝阳市政府批准：将龙城区的他拉皋乡、长宝营子乡划入双塔区管辖；将双塔区沈承路以西（包括龙城区政府所在地）以及新华街道划入龙城区管辖；将双塔区孟克乡的东三家村、八里堡乡的吴家洼村划归龙城区七道泉子镇管辖。区划调整后，双塔区辖南塔街道、北塔街道、光明街道、前进街道、凌河街道5个街道办事处，他拉皋乡、孟克乡、八里堡乡、长宝营子乡4个乡，122个居民委，村民委员会增至30个，全区总面积211平方千米。
1996年，双塔区面积211平方千米，人口28.4万人。辖5个街道、4个乡：南塔街道、北塔街道、光明街道、凌河街道、前进街道、八里堡乡、长宝营子乡、孟克乡、他拉皋乡。区政府驻南塔。
1999年，辽宁省政府（辽政[1999]151号）批准：撤销八里堡乡、孟克乡，设立站南、龙山、燕北、红旗、凌凤5个街道办事处。将原孟克乡的三岔口村、新荒地村和二其营子村划入他拉皋乡。区划调整后，双塔区辖南塔街道、北塔街道、光明街道、前进街道、凌河街道、站南街道、龙山街道、燕北街道、红旗街道、凌凤街道10个街道办事处，他拉皋乡、长宝营子乡2个乡，57个社区、30个行政村。其中涉农街道6个，辖10个村。全区总面积211.8平方千米。
2000年第五次人口普查，双塔区常住总人口321413人，其中：南塔街道29122人，北塔街道20422人，前进街道31820人，凌河街道24588人，光明街道39654人，凌风街道12350人，龙山街道32740人，站南街道39598人，红旗街道35822人，燕北街道21237人，他拉皋乡27478人，长宝营子乡6582人。
2001年，省政府（辽政[2001]124号）批复同意撤销他拉皋乡，设立他拉皋镇。2002年6月，全区辖10个街道、1个镇、1个乡，57个社区、30个行政村，面积211平方千米，人口32万人，区政府驻文化路二段5号。
2002年末，市政府批准将双塔区他拉皋镇和长宝营子乡划归龙城区。区划调整后，双塔区变为纯城区，辖南塔街道、北塔街道、光明街道、前进街道、凌河街道、站南街道、龙山街道、燕北街道、红旗街道、凌凤街道10个街道办事处，57个社区、10个行政村，总面积64.1平方千米，总人口303180人，其中农业人口32078人，城市人口271102人。
2004年，朝阳市政府批准：双塔区北大街改造，撤销北塔街道办事处所属的营州社区。调整后，双塔区共辖56个社区。2005年3月，朝阳市政府批准：双塔区调整撤销6个社区，新增5个社区。整合后全区共辖55个社区，调整情况为：一、光明街道建设路社区与红星社区合并为建设路社区；燕园社区与爱民社区合并为燕园社区。二、南塔街道撤销胜利桥社区，其人口分别划归银河社区和双兴社区。三、红旗街道西梁社区与井巷社区合并为西梁社区；红旗社区与长青社区合并为长青社区。四、燕北街道撤销扣北社区，增建燕湖、燕河、燕城、燕山4个社区。五、龙山街道增建怡盛园社区。
2005年末，全区总人口315417人（区划调整前），其中非农业人口286237人，农业人口29180人。有少数民族23个，人口2万人，占全区总人口的6%。其中蒙古族11849人，满族5030人，回族1176人。2005年底区划调整后全区总人口384173人。
2006年4月11日，国务院批准：将北票市桃花吐镇、朝阳县孙家湾乡和柳城镇四家子村划归朝阳市双塔区管辖，将双塔区站南街道八里堡村划归龙城区管辖。朝阳市政府于2005年末批准，2006年3月正式实行以下调整：将北票市桃花吐镇、朝阳县孙家湾乡和柳城镇四家子村划归双塔区管辖；同时将事先由朝阳市政府批准划入龙城区的他拉皋镇、长宝营子乡划回双塔区管辖；将双塔区站南街道八里堡村和和平社区划归龙城区管辖；将龙城区政府和龙城区法院现址由双塔区划归龙城区的龙泉社区管辖。区划调整后，双塔区辖南塔街道、北塔街道、光明街道、前进街道、凌河街道、站南街道、龙山街道、燕北街道、红旗街道、凌凤街道10个街道，他拉皋镇、桃花吐镇2个镇，长宝营子乡、孙家湾乡2个乡，54个社区，47个行政村，349个村民小组，总面积增加到499.5平方千米，总人口达384173人，其中城市人口320697人，乡村人口63476人。
2010年第六次人口普查，双塔区常住总人口414085人，其中：南塔街道25367人，北塔街道20966人，前进街道39358人，凌河街道22521人，光明街道37407人，凌凤街道20197人，龙山街道49144人，站南街道46935人，红旗街道45012人，燕北街道49901人，桃花吐镇17233人，他拉皋镇19190人，长宝营子乡5453人，孙家湾乡15401人。
2011年，省政府批复同意孙家湾乡撤乡建镇。调整后，全区辖11个街道、3个镇、1个乡：南塔街道、北塔街道、前进街道、凌河街道、光明街道、凌凤街道、龙山街道、站南街道、红旗街道、燕北街道、燕都街道、桃花吐镇、他拉皋镇、孙家湾镇、长宝营子乡。区政府驻南塔街道银河社区文化路二段5号。