秦孝公十二年（公元前350）将都城从栎阳迁到此地，名咸阳。汉高祖元年（公元前206）更名新城县，七年废入长安。以后各代多有兴废。1952年12月由咸阳县析置咸阳市（县级），市、县并列，属咸阳专区。1953年，市、县由省直辖。1958年12月撤销咸阳县，并入咸阳市。1961年元月将兴平、乾县、周至、彬县划归咸阳市辖。
1961年10月复置咸阳专区，咸阳市归属咸阳专署，四县划出。1966年7月咸阳市改属西安市辖。1971年10月咸阳市改属咸阳地区。1983年10月将咸阳地区改为咸阳市后，原咸阳市改为秦都区，以辖区曾为秦都得名。1986年12月析东部地增设渭城区后成今境，以乐育路为界，东半部为渭城区，西半部为秦都区。
1996年，全区面积251平方千米，人口37.1万人，辖4街道9乡：人民路街道、西兰路街道、茂陵街道、吴家堡街道、沣东乡、沣西乡、马泉乡、渭滨乡、钓台乡、古渡乡、平陵乡、双照乡、马庄乡。区政府驻人民中路东段北侧。
1997年，马庄乡改为马庄镇；沣东乡改为沣东镇；钓台乡改为钓台镇；渭滨乡改为渭滨镇；古渡乡改为古渡镇；沣西乡改为沣西镇；撤销茂陵街道，其辖区划归马泉乡管辖，马泉乡改为马泉镇；双照乡改为双照镇。调整后，秦都区辖3个街道、8个镇、1个乡。
2000年第五次人口普查，秦都区常住总人口449820人，其中：人民路街道41414人、西兰路街道124502人、吴家堡街道36325人、沣东镇23663人、沣西镇41818人、钓台镇20208人、古渡镇28563人、渭滨镇42081人、马泉镇25581人、双照镇19287人、马庄镇28505人、平陵乡17873人。
2001年，撤销古渡镇设立渭阳西路街道、古渡街道，撤销平陵乡并入双照镇；撤销沣西镇，设立陈阳寨街道，原沣西镇部分行政村划归钓台镇。
2002年，全区人口42万人，其中农业人口18.4万。人口密度501人/平方千米。辖6个街道、6个镇：人民路街道、西兰路街道、吴家堡街道、渭阳西路街道、陈杨寨街道、古渡街道、沣东镇、钓台镇、渭滨镇、马泉镇、双照镇、马庄镇。共有149个行政村、46个居委会。
2006年，撤销沣东镇、钓台镇、马泉镇的建制，设立沣东、钓台、马泉3个街道。2006年底，全区总面积259平方千米，总人口48.89万人。辖双照、马庄、渭滨3个镇和人民路、西兰路、陈杨寨、渭阳西路、古渡、吴家堡、沣东、钓台、马泉9个街道，146个行政村、48个社区。
全区辖9个街道、3个镇：人民路街道、西兰路街道、吴家堡街道、渭阳西路街道、陈杨寨街道、古渡街道、沣东街道、钓台街道、马泉街道、渭滨镇、双照镇、马庄镇，146个行政村、48个社区。区政府驻人民路街道。其中，渭滨镇由陕西咸阳高新技术产业园区管理。
2010年第六次人口普查，秦都区常住总人口507093人，其中：人民路街道36638人，西兰路街道52384人，吴家堡街道32340人，渭阳西路街道75832人，陈杨寨街道36666人，古渡街道50215人，沣东街道28068人，钓台街道58737人，马泉街道22579人，渭滨镇49837人，双照镇36775人，马庄镇27022人。
2011年，撤销渭滨镇、双照镇，设立渭滨街道、双照街道。调整后，全区辖11个街道、1个镇：人民路街道、西兰路街道、吴家堡街道、渭阳西路街道、陈杨寨街道、古渡街道、沣东街道、钓台街道、马泉街道、渭滨街道、双照街道、马庄镇。
2012年末，秦都区面积259.4平方千米，户籍人口497800人，常住人口51.03万人。2013年末，秦都区辖11个街道、1个镇，共有57个社区、135个行政村，区政府驻人民中路。
2015年，销马庄镇，设立马庄街道（咸政函[2015]11号、咸秦政发[2015]2号）。调整后，全区辖12个街道。