汉代属西域都护府管辖，成为中国不可分割的一部分，是古代民族的游牧地，是古丝绸之路新北道上的一个重要地段。
唐代，唐军在乌鲁木齐河畔屯田戍守，
现区境内九家湾是当时的一个重要屯田点。
清朝乾隆年间平定准噶尔叛乱后，在乌鲁木齐屯田，并建立屯田城堡，现境内的头工、二工、四工，就是当时有名的宣仁堡、怀义堡、宝昌堡。乾隆年间，区境属迪化直隶州，光绪十二年（1886年）属迪化府。
民国2年（1913年）属迪化县，民国34年（1945年）属迪化市。
新中国成立后属迪化市，开始筹建新城区。
1954年，迪化市改名乌鲁木齐市，现区境属乌鲁木齐市。
1961年，新市区从乌鲁木齐沙依巴克区析出成立，成立了新市区人民委员会，下属五一、机械城、红五月三个城市组成人民公社。
1969年成立新市区革命委员会。
2011年初，按照中共新疆维吾尔自治区委员会、新疆维吾尔自治区人民政府和中共乌鲁木齐市委员会、乌鲁木齐市人民政府的决策部署，由原乌鲁木齐高新技术产业开发区（简称“高新区”）与原乌鲁木齐新市区（简称“新市区”）实行“区政合一”，并将原乌鲁木齐县两乡一镇增划并入。新区继续实行“区市共建，以市为主，科技厅归口管理，重大科技业务隶属科技部火炬中心”的管理体制。作为中共乌鲁木齐市委和市人民政府的派出机构，实行副地级建制，代表市委、市政府统一领导和管理区内经济社会事务，行使市一级人民政府的经济管理权限，对所辖开发建设区、科技园区、创业园区实行“封闭式管理”。区内工商局、国税局、地税局、质量技术监督局等均为自治区直属分局，行使省级职能部门管理权限。
