1949年10月至1954年12月，现未央辖区除小部分隶属陕西省西安市外，大部分归陕西省长安县管辖，设有渭滨等区公署。1954年9月，为适应城市建设发展的需要，经政务院批准，将陕西省长安县所辖的第七区和第八区所辖的3个乡划归西安市管辖，组建成西安市草滩区，机关驻地在东扬善村（后迁到张家堡）；1955年1月正式对外办公。同时，将西安市第八区和第十一区合并组建成西安市未央区。因区内有西汉未央宫遗址得名。
1957年4月20日，陕西省人民委员会批准西安市区划方案，决定撤销原长乐、未央两区建制，同时将原未央区一部分辖域（大白杨、马旗寨二乡）与草滩区合并，更名为未央区，人口118923人，驻地在张家堡，从1957年7月1日开始对外办公。1960年5月20日，经陕西省人民委员会批准，撤销新成区的建制，并将新城区部分辖区并入未央区，未央区机关驻地由张家堡迁至尚德路。
1962年4月17日，经陕西省省人民委员会批准，恢复新城、莲湖、碑林三个区的建置。未央区与新城区分设后，未央区下辖6个农村人民公社和1个街道人民公社。机关驻地迁回张家堡，同年7月1日对外正式办公。1965年10月，西安市区划调整，撤销灞桥、雁塔、阿房、未央等四个郊区的建制，合并为西安市郊区，驻地在南郊小寨。今未央辖域大部分隶属西安市郊区管辖。
1980年4月，西安市进行区划调整，撤销了西安市郊区建制，恢复雁塔、灞桥和未央区建置。并将原阿房宫公社、新城区的徐家湾街道、莲湖区的三桥街道划归未央区管辖。未央区下辖6个公社和徐家湾、三桥街2个街道。
1990年末，辖境东至灞河，西至漆渠河，南至龙首原北侧，西南至西户铁路，北至渭河中心线，面积261平方千米，人口327555人，区政府驻龙首北路西段东端，辖4个街道、2个镇、5个乡，61个居委会（含家委会）、213个行政村。
1996年，未央区面积252.1平方千米，人口34.8万人。辖4个街道、2个镇、5个乡：二府庄街道、徐家湾街道、张家堡街道、辛家庙街道、草滩镇、三桥镇、谭家乡、大明宫乡、未央宫乡、汉城乡、六村堡乡。区政府驻龙首北路。
2000年第五次人口普查，未央区常住总人口460416人，其中（6个街道、2个镇、3个乡）：二府庄街道35333人、张家堡街道18269人、辛家庙街道33150人、徐家湾街道42503人、大明宫街道30548人、谭家街道30399人、三桥镇99796人、草滩镇27589人、未央宫乡33644人、六村堡乡43383人、汉城乡32690人、市经济开发区33112人。
？年，撤销二府庄街道，并入张家堡街道。2001年3月30日，省政府批复同意撤销六村堡乡，设立六村堡镇。2002年7月24日，撤销六村堡镇，设立六村堡街道。
2002年，未央区总面积262平方千米，总人口47万人，其中农业人口近20万人，辖10个街道：张家堡街道、三桥街道、辛家庙街道、徐家湾街道、大明宫街道、谭家街道、草滩街道、六村堡街道、未央宫街道、汉城街道。共有212个行政村、41个社区。区政府驻张家堡街道。
2010年第六次人口普查，未央区常住总人口806811人，其中：张家堡街道139047人，三桥街道135773人，辛家庙街道50173人，徐家湾街道46447人，大明宫街道70673人，潭家街道62690人，草滩街道86571人，六村堡街道62333人，未央宫街道76364人，汉城街道76740人。2012年末，未央区面积263.2平方千米，户籍人口555430人，常住人口81.46万人。
2013年，设立未央湖街道、建章路街道。2013年末，未央区辖12个街道（其中，三桥街道、建章路街道由西咸新区沣东新城管委会代管），共有114个社区、147个行政村，区政府驻龙首北路。