金川区因金川河流经境内而得名。中华民国时期，现金川区所辖地域为永昌县宁远乡（区）。1949年9月19日，永昌解放。现金川区所辖地域为永昌县宁远区（后改称第四区），下设6个乡。1952年，分属第五区、第六区，辖15个乡。1955年9月，两区合并为金河区，辖7个乡。1956年1月撤区并乡，设立三堡、宁远堡、西坡、双湾4个乡。
1958年9月，以乡为单位建立人民公社；同年11月，4个公社合并为金川（卫星）公社。1961年6月，撤销金川公社，设立河西堡、宗家庄、宁远堡、西坡、陈家沟、东四沟6个公社，并设立中共永昌县金川地区工作委员会。1962年5月13日，在金川河谷镍矿区设立金川镇（含河西堡工矿区）。1964年10月，宁远堡、西坡2个公社合并为双湾公社，并撤销中共金川地区工作委员会。
1981年2月成立金昌市，宁远堡、西坡2个公社和金川镇（不含河西堡工矿区）从永昌县划出，直属金昌市领导。1982年5月15日，设立中共金昌市工作委员会和金昌市筹备委员会派出的党政一体机构金昌市金川工作委员会。1983年6月7日，设立中共金昌市金川区工作委员会和金川区公署，同时撤销金川工作委员会。
1984年12月14日，甘肃省政府批准成立金昌市金川区，将金昌市直属的宁远堡、双湾2个乡和北京路、兰州路（现改为桂林路）、滨河路、工人新村、新华路5个街道办事处划归金川区管辖。1990年3月设立广州路街道办事处。
1996年，金川区面积3077平方千米，人口17.8万人。辖6个街道、2个乡：新华路街道、北京路街道、滨河路街道、兰州路街道、工人新村街道、广州路街道、宁远堡乡、双湾乡。区政府驻北京路。
2000年3月18日，宁远堡乡、双湾乡分别举行撤乡建镇挂牌仪式。至此，金川区辖6个街道、2个镇。
2000年第五次人口普查，全区常住总人口204902人，其中，滨河路街道25146人，兰州路街道14688人，北京路街道15265人，工人新村街道27187人，新华路街道32469人，广州路街道35203人，宁远堡镇30938人，双湾镇24006人。
2001年10月13日，市政府批复金川区人民政府，同意兰州路街道办事处迁至桂林路，更名为桂林路街道办事处；工人新村街道办事处更名为金川路街道办事处（同年12月正式揭牌）；11月，金川区政府批准将新华路街道的延安路以北，天津路以东部分划归广州路街道管辖。
2008年末，全区辖2个镇，27个行政村，164个村民小组，农村人口1.27万户4.71万人（不含城区数据）。2010年第六次人口普查，金川区常住人口228561人。
2010年第六次人口普查，金川区常住总人口228561人，其中，滨河路街道31431人，桂林路街道33525人，北京路街道18653人，金川路街道47749人，新华路街道21688人，广州路街道21623人，宁远堡镇34304人，双湾镇19588人。