西周时，本区境属并州地，秦属太原郡，唐属广阳县。武德八年（625）境内曾置受州，治所在今赛鱼矿区法院大楼处，辖区包括今寿阳、昔阳、盂县、平定等地。民国时，现辖境铁路以北属平定县，铁路以南属平定西县。
1955年11月，设立平潭街、赛鱼、菜洼等街道办事处，属阳泉市第一区。1956年3月，第一区改称站上区，增设石卜咀等街道办事处。1957年8月，撤销站上区，平潭街、赛鱼、菜洼、石卜咀等街道办事处直属于阳泉市；11月，菜洼街道办事处并入石卜咀街道办事处。1958年10月，设立矿区公社，撤销平潭街、赛鱼、石卜咀等街道办事处。
1959年4月，撤销矿区公社，设立平潭街街道办事处，直属于阳泉市。1960年3月，撤销平潭街街道办事处，组建以阳泉矿务局为主体的政企合一的矿区公社。1961年7月，矿区公社与阳泉矿务局实行机构分设。1970年6月，撤销矿区公社，设立沙坪、红卫、红旗、向阳、红旗岗等5个公社。
1970年1月11日，山西省革命委员会批准设立阳泉市矿区。1980年正式设立阳泉市矿区：1月7日，中共阳泉市委决定改变阳泉市矿区与阳泉矿务局“政企合一”的体制，将矿区与矿务局分别单独设置。同时决定成立阳泉市矿区筹备领导组，负责筹备组建矿区党政机构并统管筹备期间的日常工作；5月15日，矿区与阳泉矿务局党政机构分设。
1981年3月，沙坪、红卫、红旗、向阳、红旗岗5个公社分别改建为沙坪、赛鱼、小南坑、桥头、平潭街5个街道办事处，为矿区革命委员会的派出机构。1981年9月1日至7日，矿区人大一届一次会议召开。1982年12月18日，小南坑街道更名为菜洼街道。1984年，市政府同意矿区在阳泉矿务局贵石沟矿区设立贵石沟街道。1986年12月，菜洼街道更名为蔡洼街道。
1996年，矿区人口约20万人，辖6个街道：平潭街街道、沙坪街道、蔡洼街道、赛鱼街道、桥头街道、贵石沟街道，区政府驻北大西街。
2000年7月，将全区150个居民区调整为39个社区，各社区设立居委会（一说，2000年初，全区有151个居委会和44个临时居委会）。
2000年第五次人口普查，矿区常住总人口217592人，其中，平潭街道41711人，桥头街道39091人，蔡洼街道39396人，赛鱼街道45467人，沙坪街道33166人，贵石沟街道18761人。
2003年12月，蔡洼街道增设南台社区。
2009年末，全区总面积19.15平方千米，其中旧区（市区西部）9.8平方千米，新区（贵石沟地区）9.35平方千米。总人口近23万人，其中流动人口2万人。辖6个街道，40个社区。区政府驻平潭街街道。
2010年第六次人口普查，矿区常住总人口242994人，其中，平潭街街道52182人，桥头街道43752人，蔡洼街道41085人，赛鱼街道50557人，沙坪街道34858人，贵石沟街道20560人。
2013年，矿区探索实施“区直管社区”扁平化管理综合体制改革。6月，试点撤销桥头街道，将7个社区整合为5个，定为区直管社区。
2015年末，矿区常住人口248735人。辖6个街道，40个社区。