石灰窑区以驻地石灰窑得名。清康熙间设石灰窑市，属大治县。后改石灰窑堡，属大治县永丰乡。1932年石灰窑堡改属大治县第二区，区政府设在石灰窑。抗日战争胜利后，合石灰窑、黄石港为石黄镇，仍属大治县。
1949年5月设大冶特区办事处后，石灰窑属石黄特区管辖。1950年8月建立黄石市，复设石灰窑填。1956年撤销镇建制，改设石灰窑街道办事处。1960年改为大冶钢厂公社。1962年将冶钢公社分为石灰窑、陈家湾、黄思湾3个公社。1973年将三个公社改为三个区。
1979年4月，将黄思湾区、陈家湾区、石灰窑区合并为石灰窑区；同年底西塞山公社划入。1994年底，将大冶市河口镇划入石灰窑区。
1996年，石灰窑区面积55平方千米，人口约19万人。辖5个街道、1个镇、2个乡。区政府驻医院街。
2000年第五次人口普查，石灰窑区常住总人口244035人，其中：下窑街道26754人，上窑街道32879人，陈家湾街道49695人，石料山街道56503人，黄思湾街道43120人，河口镇19103人，西塞山乡13804人，黄荆山乡2177人。
2001年12月16日，石灰窑区正式更名为西塞山区。【《民政部关于湖北省黄石市石灰窑区更名为西塞山区的批复》（民发[2001]301号 2001年10月12日），湖北省人民政府鄂政函[2001]272号文件，黄石市人民政府黄政文[2001]78号文件】
2004年末，西塞山区总人口220765人，辖6个街道、1个镇，39个居委会和16个行政村（湖北地名网数据）【黄石政府网数据：人口220538人，共有40个社区、16个行政村，1608个居民小组、103个村民小组】。
2005年末，西塞山区辖6个街道、1个镇：临江街道、八泉街道、陈家湾街道、澄月街道、黄思湾街道、西塞街道、河口镇。共有39个居委会和16个行政村。
2010年第六次人口普查，西塞山区常住总人口233708人，其中：临江街道28265人，八泉街道27692人，陈家湾街道53129人，澄月街道59384人，黄思湾街道34596人，西塞山街道12741人，河口镇17679人，冶钢农场222人。
2012年4月19日，西塞山区撤销临江、澄月、陈家湾、八泉、黄思湾五个街道办事处。