定西取“安定西边”之意而得名，通称“陇中”。战国秦置陇西郡。元为陕西省巩昌路定西州、临洮府及宣政院岷州地。1912年后为兰山道、 甘肃省第一行政督察区。
1949年设定西专区，专署驻定西县，辖定西、会宁、榆中、静宁、靖远、海原、西吉等7县。1950年，将静宁、海原、西吉3县划归平凉专区；原属临夏专区的临洮、洮沙2县和原岷县专区所属会川、渭源2县划入定西专区，撤销洮沙县并入临洮县；定西专区辖7县。1956年，原由省直辖的皋兰县及原属张掖专区的永登、景泰2县，原属天水专区的陇西、通渭2县划入定西专区。
1958年由皋兰、靖远2县部分地区合并设白银市，原由省直辖，后委托定西专区代管。撤销景泰、皋兰、永登3县，先将景泰县并入皋兰县，又将皋兰县并入兰州、白银2市；将永登县并入兰州市。撤销会川、渭源2县，将会川县并入武山、渭源2县，渭源县并入陇西、临洮2县。原属天水专区的岷县划入定西专区。辖1市、8县。
1960年靖远县划归白银市领导。1961年，白银市改由省直辖；恢复皋兰、景泰2县，由白银市领导；将临洮、岷县2县划归临洮专区；定西专区辖5县。1963年原属白银市领导的靖远、皋兰2县和原临洮专区所属临洮、渭源2县划入定西专区；定西专区辖9县。
1970年，定西专区改称定西地区；将榆中、皋兰2县划归兰州市领导；定西地区辖定西、靖远、会宁、通渭、陇西、渭源、临洮等7县。
2000年第五次人口普查，定西地区常住总人口2820249人，其中，定西县449293人、通渭县432897人、陇西县468779人、渭源县336982人、临洮县516498人、漳县186286人、岷县429514人。
2003年4月4日，国务院批准（国函[2003]46号）同意撤销定西地区，设立地级定西市：1．撤销定西地区和定西县，设立地级定西市。市人民政府驻新设立的安定区中华路。2．定西市设立安定区，以原定西县的行政区域为安定区的行政区域。区人民政府驻公园路。3．定西市辖原定西地区通渭县、陇西县、渭源县、临洮县、漳县、岷县和新设立的安定区。
2004年撤并乡镇后，乡镇数量由原来的168个缩减为119个，其中镇建制为60个，乡建制为59个，乡镇平均行政区划面积由121平方千米扩大到170.8平方千米；平均人口由17628人上升到24887人，全市4万人以上的大乡镇有15个，陇西县巩昌镇人口达108719人。
2009年底，全市总面积20330平方千米，常住人口294.13万人，其中城镇人口40.71万人，占13.84%。辖1区6县：安定区、通渭县、陇西县、渭源县、临洮县、漳县、岷县，共有2个街道、119个乡镇。
2010年第六次人口普查，定西市常住总人口2698624人，其中，安定区420614人，通渭县349539人，陇西县453259人，渭源县324215人，临洮县507386人，漳县192957人，岷县450654人。