歷史上洪山境域隸屬變遷頻繁。
西周時期屬鄂王轄地，東周屬楚，秦屬南郡，漢屬江夏郡沙羨縣。
東晉僑置汝南縣，含今區(qū)境。
隋開皇九年（589），改汝南縣為江夏縣，洪山區(qū)境屬江夏縣；至清末，江夏縣名一直沿用，今湯遜湖、魯巷等地屬江夏縣東鄉(xiāng)，今青菱湖、黃家湖等地屬南鄉(xiāng)，今洪山、和平、花山、建設(shè)等地屬北鄉(xiāng)。
民國元年（1912），國民政府改江夏縣為武昌縣，至建國前，洪山區(qū)統(tǒng)籌其轄。
1949年建國后，洪山境域從武昌縣劃出，改由武漢市轄。
1949年10月，武漢市在江南地區(qū)設(shè)洪山區(qū)、武泰區(qū)、挹江區(qū)3個郊區(qū)，這是歷史上首次出現(xiàn)洪山區(qū)稱謂。
其中洪山區(qū)位于東湖和沙湖之間，區(qū)機關(guān)駐官園灣1號，轄官園、武珞、沙湖、東亭4鄉(xiāng)。
1951年5月，為了加強對民主改革和經(jīng)濟恢復工作的領(lǐng)導，中南軍政委員會和武漢市調(diào)整區(qū)劃，將洪山、武泰、挹江三個郊區(qū)合并為武漢市第八區(qū)（武昌郊區(qū)），區(qū)機關(guān)駐地在武昌官園灣1號。
轄解放、建設(shè)、和平、官園、武珞、沙湖、東亭、白沙、佛林、永安、楠木、蓮溪12鄉(xiāng)。
1952年7月，武漢市撤銷第八區(qū)（武昌郊區(qū)），分設(shè)南湖和東湖區(qū)。
其中南湖區(qū)，區(qū)機關(guān)駐武昌苗園，轄永安、楠木、佛林、洪福、李家橋、青菱、花園、石嘴、楊泗磯、老橋、馬驛、王家店、譚廟、譚佛、九夫、安家、湖口、油坊嶺、宗黃、福樂、滄海、烏龍22鄉(xiāng)；東湖區(qū)機關(guān)先后在武昌曹家花園、周家灣、中高家灣等地。
轄武珞、三合、魯巷、東湖、磨山、官園、龍王、溪橋、沙湖、東亭、楊湖11鄉(xiāng)。
1955年2月，武漢市將東湖區(qū)和武昌縣的第七區(qū)合并，成立洪山區(qū)。
區(qū)機關(guān)駐武昌高家灣。
轄洪山、武珞、蓮溪、魯巷、磨山、長山、三合、聯(lián)合、中合、花山、春和、山湖、白滸、沿江、同意、太魯、大吳、劉黃18鄉(xiāng)和中南路街、武珞路街2個街。
1956年6月，武漢市撤銷南湖區(qū)，將武漢市江南的3個郊區(qū)（洪山區(qū)、南湖區(qū)和青山區(qū)）合并為洪山區(qū)和青山區(qū)。
將原屬洪山區(qū)管轄的花山、中合、春合、聯(lián)合、大吳、劉黃、山湖等7個鄉(xiāng)劃歸青山區(qū)，又將原屬武昌區(qū)管轄的陸家街、千家街、珞珈山街劃歸洪山區(qū)，此時洪山區(qū)又將33個小鄉(xiāng)合并為蓮溪、東亭、南湖、喻家山、長春、長江、九峰、游廟、駝子店、黎明、建設(shè)、紅旗、和平、聯(lián)合、天興、前進、友誼、勝利、白滸等19鄉(xiāng)，中南路街、珞珈山街、千家街、陸家街等4個街。
1958年8月，武漢市將市郊各小郊區(qū)撤銷，成立了武漢市郊區(qū)，區(qū)機關(guān)駐地在漢口萬松園路2號，1959年2月又遷至武昌街道口珞喻路6號。
郊區(qū)成立后，先后將小鄉(xiāng)合并成立10個農(nóng)村人民公社。
即紅旗（后改為南湖）、長青（后改為青菱）、關(guān)山、紅焰（后改為花山）、東風（后改為北湖）、武東、和平、五一（后改為葛店）、先鋒（后改為漢橋）、紅星（后改為岱山）。
其中漢橋、岱山、葛店3個公社于1960年7月劃出。
1960年4月，武漢市通過了《關(guān)于加強領(lǐng)導，發(fā)動群眾，開展城市人民公社化運動的決定》，從5月至7月在原行政區(qū)劃的基礎(chǔ)上，建立9個以區(qū)委單位，以大型工廠企業(yè)、機關(guān)、學校為骨干的城市人民公社，撤銷武漢市郊區(qū)，原郊區(qū)所轄的農(nóng)村人民公社就近劃給各城市人民公社管轄。
7月6日，成立洪山（城市）人民公社。
管轄武珞、珞珈山、濱湖、水果湖、東湖風景區(qū)5個分社。
1961年3月，武漢市將洪山區(qū)人民公社和關(guān)山人民公社合并，恢復行政區(qū)建置，成立武漢市洪山區(qū)。
爾后，將原由洪山和關(guān)山兩個城市人民公社所管轄的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理區(qū)改為農(nóng)業(yè)公社；同時，將原城區(qū)公社建置撤銷，恢復街道辦事處。
1963年6月，為便于管理，將武昌區(qū)轄的花山、尤廟兩個公社劃歸洪山區(qū)，又將洪山管轄的和平、聯(lián)合兩個公社劃歸武昌區(qū)。
此時的洪山區(qū)轄東亭、蓮溪、南湖、魯巷、花山、尤廟、九峰等7個農(nóng)村人民公社和喻家山、水果湖、珞珈山、中南路、武珞、濱湖、關(guān)山等7個街。
1964年8月，武漢市為加強對市郊農(nóng)村工作的領(lǐng)導，成立洪山和漢橋兩個郊區(qū)。
原屬洪山區(qū)管轄的喻家山、關(guān)山、珞珈山、武珞路、中南路、水果湖、濱湖等7個街劃歸武昌區(qū)；原武昌區(qū)轄的和平、聯(lián)合、青菱、石嘴等4個農(nóng)村人民公社劃歸洪山區(qū)；原屬青山區(qū)轄的環(huán)城、天興、建設(shè)、黎明、紅旗、火官、白滸、沿江等8個農(nóng)村人民公社劃歸洪山區(qū)。
加上洪山區(qū)原有的蓮溪、東亭、南湖、魯巷、九峰、尤廟、花山等7個農(nóng)村人民公社，洪山區(qū)此時轄19個農(nóng)村人民公社。
為了便于實施領(lǐng)導，洪山區(qū)對所屬公社建置又作了調(diào)整：同年8月，撤銷沿江公社并入白滸公社；1966年3月撤銷火官公社，分別并入建設(shè)、紅旗公社；同年4月撤銷蓮溪公社和東亭公社合并為洪山公社。
至此，洪山區(qū)轄和平、聯(lián)合、青菱、石嘴、環(huán)城、天興、建設(shè)、黎明、紅旗、洪山、南湖、魯巷、九峰、尤廟、花山、白滸等16個農(nóng)村人民公社。
1966年5月，“文化大革命”運動開始，洪山區(qū)也同全國一樣處于混亂無序的狀態(tài)。
中國共產(chǎn)黨武漢市洪山區(qū)委員會和武漢市洪山區(qū)人民委員會以及全區(qū)的經(jīng)濟建設(shè)都遭到嚴重的沖擊和破壞。
1968年2月，洪山區(qū)革命委員會成立。
1975年2月，根據(jù)武漢市的決定，調(diào)整洪山區(qū)所屬的農(nóng)村人民公社體制，將16個公社合并為7個公社。
即洪山、魯巷、南湖合并為洪山公社；青菱、石嘴合并為青菱公社；九峰、尤廟合并為九峰公社；花山、白滸合并為花山公社；黎明、建設(shè)、紅旗合并為建設(shè)公社；環(huán)城、聯(lián)合、和平合并為和平公社；天興公社。
1976年1月，武漢市行政區(qū)劃進行部分調(diào)整，將漢橋區(qū)撤銷并入洪山區(qū)，此時，洪山區(qū)稱為環(huán)繞武漢市的大郊區(qū)。
轄有洪山、青菱、和平、花山、建設(shè)、九峰、天興、江堤、永豐、長豐、后湖、諶家磯等12個公社和琴斷口、唐家墩2個街。
1984年1月，根據(jù)中國共產(chǎn)黨中央委員會和國務(wù)院關(guān)于實行政社分開，建立鄉(xiāng)人民政府的指示精神，洪山區(qū)所轄農(nóng)村人民公社改為鄉(xiāng)。
1985年1月，武漢市委適應大城市改革開放的需要，推行以城帶郊的城區(qū)管理體制，因此將洪山區(qū)管轄的江堤、永豐、長豐、后湖、諶家磯等5鄉(xiāng)以及琴斷口、唐家墩、岱山（1980年1月成立的街道）等3個街分為硚口區(qū)、漢陽區(qū)和江岸區(qū)。
1986年7月，武漢市進行區(qū)劃調(diào)整，將原由武昌區(qū)管轄的關(guān)山街、獅子山街、葛化街以及珞珈山的大部分組建成的珞南街，劃歸洪山區(qū)管轄。
1987年1月，又將原屬鄂州市的左嶺鎮(zhèn)劃歸洪山區(qū)。
至此，洪山區(qū)管轄天興、和平、建設(shè)、洪山、青菱、九峰等6個鄉(xiāng)，花山、左嶺等2鎮(zhèn)以及關(guān)山、獅子山、珞南、張家灣、葛化、紅旗等6個街。
1993年7月，左嶺鎮(zhèn)同葛化街合署辦公；1994年青菱鄉(xiāng)同張家灣街合署辦公。
2001年12月12日，區(qū)委、區(qū)人大、區(qū)人民政府和區(qū)政協(xié)機關(guān)遷駐雄楚大街湖北省團校臨時辦公。
2003年8月1日，整體搬遷至洪山區(qū)珞獅南路318號洪山政府新辦公大樓辦公。
2006年，撤銷和平鄉(xiāng)與洪山鄉(xiāng)，設(shè)立和平街道與洪山街道；九峰鄉(xiāng)北片的濱湖村、建強村、古架村、漁場移交武漢東湖生態(tài)旅游風景區(qū)托管。
2008年，九峰鄉(xiāng)及其九峰村等十村一委整體移交武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)托管。
2009年5月，武漢市為解決武昌、青山、洪山區(qū)“插花地”的問題，對三個區(qū)的部分行政區(qū)劃進行了調(diào)整。
洪山、武昌兩區(qū)的部分行政區(qū)劃調(diào)整為：將洪山區(qū)管轄的姚家?guī)X、向陽、余家湖、風光、三角路等5個村及城南社區(qū)的全部區(qū)域調(diào)整到武昌區(qū)管轄；將位于武昌區(qū)界線范圍內(nèi)的烽火、東亭、團結(jié)、徐東、柴林頭、余家頭等6個村及南湖、徐東、和平等3個社區(qū)的部分區(qū)域調(diào)整到武昌區(qū)管轄；將武昌區(qū)管轄的新世紀、華電、省電、紡機、鐵機、風光苑等6個社區(qū)的全部區(qū)域調(diào)整到洪山區(qū)管轄；將位于洪山區(qū)界線范圍內(nèi)的理工水運、岳家嘴、列電、石牌嶺等4個社區(qū)的部分區(qū)域調(diào)整到洪山區(qū)管轄。
洪山、青山兩區(qū)的部分行政區(qū)劃調(diào)整為：將洪山區(qū)管轄的東興洲、蘆咀、火官、五一、紅勝、星火、同興、群力、努力、勝強、武東、賈嶺、五星等13個村和光明、武東2個社區(qū)的全部區(qū)域調(diào)整到青山區(qū)管轄；將位于青山區(qū)界線范圍內(nèi)的柴林頭、余家頭、大洲、廠前等4個村的部分區(qū)域調(diào)整到青山區(qū)管轄；將青山區(qū)管轄的自建社區(qū)調(diào)整到洪山區(qū)管轄。
洪山區(qū)經(jīng)過與武昌、青山區(qū)部分行政區(qū)劃調(diào)整后，面積由509平方千米調(diào)整至480.2平方千米，減少約28.8平方千米。
2009年12月，繼市江南三區(qū)“插花地”調(diào)整后，經(jīng)市人民政府批準，為重點解決接收區(qū)域管轄問題和紅旗街“有天無地，有街無道”歷史遺留問題，洪山區(qū)對區(qū)內(nèi)部分街鄉(xiāng)行政區(qū)劃進行了調(diào)整。
將紅旗街南遷至梨園地區(qū)，更名為梨園街道。
2010年6月28日，洪山區(qū)左嶺鎮(zhèn)及所屬16個村（金王、呂墩、左嶺、花園、上街、程墩、彭李、卸甲、大羅、泉井、周莊、朝陽、快嶺、園林、黃陂嶺、甲鋪嶺）4個社區(qū)（左嶺、翔龍、白滸、葛化），花山鎮(zhèn)及所屬13個村（白滸、清豐、東港、沿江、山湖、紅光、紅軍、土橋、聯(lián)合、花山、春和、紅焰、白羊山）1個社區(qū)（花山社區(qū)）、賽山村飛地、嚴東湖漁場、花山漁場，整體移交至武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)托管，托管面積為89.26平方千米，托管人口22254戶、65996人。
花山鎮(zhèn)6村1場1苗圃1湖（即化工區(qū)規(guī)劃控制范圍內(nèi)的聯(lián)豐村、賽山村、吳橋村、吳橋漁場、花山苗圃和化工區(qū)防護帶范圍內(nèi)的后山村、何董村、清潭村、竹子湖），整體交由化工區(qū)托管。
托管面積為17.19平方千米，托管人口是2236戶、7332人。
2010年8月13日，洪山區(qū)建設(shè)鄉(xiāng)及所屬群利、群聯(lián)、向家尾、黎明、四新、高潮、崇陽、前鋒、新集、建洲、新村、建設(shè)、工業(yè)港、胡教14個行政村和建設(shè)社區(qū)、建設(shè)鄉(xiāng)林場及建設(shè)鄉(xiāng)漁場整理移交化工區(qū)托管，托管面積46.9平方千米，人口為9113戶，2.41萬人。
2010年11月，繼左嶺、花山、建設(shè)鄉(xiāng)分別移交東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)、化工區(qū)托管后，為更好地適應洪山區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，經(jīng)省、市人民政府批準同意，洪山區(qū)對區(qū)內(nèi)部部分區(qū)域行政區(qū)劃又進行了調(diào)整，調(diào)整設(shè)立卓刀泉和青菱兩個街道。
一是將左嶺鎮(zhèn)托管后仍保留在洪山區(qū)的葛化街道辦事處建制調(diào)整至卓刀泉區(qū)域，更名為卓刀泉街道。
調(diào)整后卓刀泉街道轄20個社區(qū)、1個村，即原關(guān)山街管轄社區(qū)8個（709所社區(qū)、紅星社區(qū)、吳家灣社區(qū)、華城苑社區(qū)、魯廣社區(qū)、工程大社區(qū)、關(guān)西社區(qū)、關(guān)西二社區(qū)）；原珞南街管轄社區(qū)9個（五環(huán)社區(qū)、伏虎山社區(qū)、體院社區(qū)、尚文社區(qū)、卓刀泉社區(qū)、虎泉社區(qū)、馬莊苑社區(qū)、金昌社區(qū)、高創(chuàng)社區(qū)）；原洪山街管轄社區(qū)4個（卓刀泉社區(qū)、名都花園社區(qū)、學雅芳鄰社區(qū)、魯巷社區(qū)）。
二是撤銷青菱鄉(xiāng)人民政府，在原青菱鄉(xiāng)（張家灣街道辦事處）管轄范圍內(nèi)調(diào)整設(shè)立青菱和張家灣兩個街道辦事處。
張家灣街與青菱街以三環(huán)線為界，三環(huán)線以北為張家灣街道辦事處管轄范圍，三環(huán)線以南為青菱街道辦事處管轄范圍。
調(diào)整后張家灣街轄12個社區(qū)（張家灣社區(qū)、建材社區(qū)、列電社區(qū)、三橋社區(qū)、農(nóng)科院社區(qū)、長江社區(qū)、長征社區(qū)、烽火社區(qū)、毛坦社區(qū)、勝利社區(qū)、南湖社區(qū)、城市花園、光霞社區(qū)）；青菱街轄5個社區(qū)（園藝社區(qū)、紅霞社區(qū)、青菱社區(qū)、漁業(yè)社區(qū)、建和社區(qū)）11個村（橫堤村、火箭村、金塘村、楊林村、西灣村、楊泗村、石咀村、老橋村、建陽村、花園村、建群村）。
2011年4月至今，洪山區(qū)管轄關(guān)山、珞南、和平、洪山、獅子山、張家灣、梨園、卓刀泉、青菱、天興鄉(xiāng)9個街道和1個鄉(xiāng)，調(diào)整后的面積約為221.6平方千米。
武漢市洪山區(qū)人民政府駐地珞獅南路318號。
武漢市洪山區(qū)由武漢市管轄至今。