自东汉以来，历代均为郡、州、道、路、府等之治所。1949年12月析南郑县城区及近郊石马、汉水两乡置南郑市，次年南郑县治迁十八里铺（今汉台区铺镇），并于市兼设陕南行署区。1951年属南郑专区。1953年6月南郑市改由省直辖；10月改南郑专区为汉中专区，南郑市为汉中市。1958年汉中市改由地辖，撤销南郑县及褒城县部分区域并入汉中市。1961年析汉中市汉江以南地于周家坪（即今南郑县城）重设南郑县。1963年汉中市升为省辖市（地级）。
1964年撤销汉中市，设汉中县，属汉中专区。1969年属汉中地区。1980年改汉中县为汉中市（县级）。1996年2月21日，国务院批准（国函[1996]11号）同意撤销汉中地区和县级汉中市，设立地级汉中市。汉中市设立汉台区，汉台区辖原汉中市的东大街、东关、汉中路、中山街、北关、舒家营、鑫源、大河坎8个街道，河东店、宗营、武乡、铺镇、龙江5个镇和汉王、老君、望江、七里4个乡，区政府驻原汉中市中山街。
1992年10月撤区并乡建镇，将原来的3区、1镇、24乡合并为16个镇、乡、街道。1995年，为配合汉中地区撤销地设市的需要，撤销南郑县大河坎镇，设立大河坎街道，同时将大河坎街道划归汉中市管辖。1997年，撤销汉台区大河坎街道，设立大河坎镇，同时将大河坎镇划归南郑县管辖。
1997年，汉台区面积556平方千米，人口48万人。辖7个街道、8个镇、2个乡：中山街道、 汉中路街道、北关街道、鑫源街道、 东大街街道、东关街道、舒家营街道、武乡镇、宗营镇、老君镇、铺镇镇、七里镇、河东店镇、汉王镇、龙江镇、徐家坡乡、望江乡。区政府驻中山街道。（214个行政村、70个居委会）
2000年第五次人口普查，汉台区常住总人口503871人，其中：北关街道82711人、东大街街道29156人、汉中路街道55311人、中山街街道29510人、东关街道46675人、鑫源街道11342人、舒家营街道10230人、铺镇46853人、武乡镇28611人、河东店镇22602人、龙江镇24388人、宗营镇27776人、七里镇31336人、老君镇24138人、汉王镇15519人、望江乡10249人、徐家坡乡7464人。
2002年前后，汉台区辖8个街道、7个镇、2个乡：北关街道、东大街街道、汉中路街道、中山街街道、东关街道、鑫源街道、舒家营街道、七里街道、铺镇镇、武乡镇、河东店镇、龙江镇、宗营镇、老君镇、汉王镇、望江乡、徐家坡乡。共有214个行政村、33个居委会。
2010年第六次人口普查，汉台区常住总人口534923人，其中：北关街道102960人，东大街街道29407人，汉中路街道59560人，中山街街道34925人，东关街道50687人，鑫源街道15554人，舒家营街道9389人，七里街道38649人，铺镇46300人，武乡镇24861人，河东店镇25588人，龙江镇21616人，宗营镇24909人，老君镇26089人，汉王镇11391人，望江乡7821人，徐家坡乡5217人。
2011年，撤销望江乡、徐家坡乡合并设立徐望镇，撤销龙江镇和舒家营街道合并设立龙江街道。调整后，汉台区辖8个街道、7个镇：北关街道、东大街街道、汉中路街道、中山街街道、东关街道、龙江街道、鑫源街道、七里街道、铺镇、武乡镇、河东店镇、宗营镇、老君镇、汉王镇、徐望镇。
2012年末，汉台区面积545.6平方千米，户籍人口562851人，常住人口53.62万人。2013年末，汉台区辖8个街道、7个镇，共有52个社区、202个行政村，区政府驻中山街。
2015年，撤并51个行政村，保留150个行政村。