原属郧县，1967年划归十堰办事处，1970年属十堰市。1984年设立茅箭区，区名由辖区内茅箭堂村村名演化而来。据传，古时茅箭堂有一尖形土梁子，伸向河湾，形状似箭，上面长满茅草，故得名“茅箭”。清同治九年（1870年）《郧阳志》记载，“郧县塘汛二十有九……城南七十里茅箭陆塘（设在今茅箭堂）”。民国初年撤销茅箭陆塘，当时人们习惯叫“箭塘”，或简称“茅箭”。解放前属十堰区公所。
1948年解放，1950年设茅箭乡政府。1958年由9个高级公社联合成立茅箭公社，属十堰区；同年10月十堰区更名为五星公社，茅箭乡隶之。1961年6月，白浪、十堰两公社合并为十堰区，下辖各乡改建制为公社，茅箭乡改为茅箭公社。1969年12月成立十堰市（县级市），茅箭公社为其所辖。1971年撤区并社，茅箭公社为十堰市8大公社之一，同年茅箭公社驻地由茅箭堂迁往顾家岗。1973年十堰市由地辖市升格为省辖市。1984年4月16日，省人民政府批准设立茅箭区（县级）。1986年9月白浪区公所并入茅箭区。
1996年，茅箭区面积539平方千米，人口约20万人。辖3个街道、5个乡：五堰街道、二堰街道、武当路街道、大川乡、小川乡、茅塔乡、大坪乡、鸳鸯乡。区府驻武当路。境内有国营五条岭林场。
2000年第五次人口普查，茅箭区总人口267855人，其中（4个街道、1个镇、4个乡）：武当街道54268人，二堰街道75648人，五堰街道83314人，白浪街道37868人，大川镇4615人，小川乡1264人，大坪乡2539人，茅塔乡3308人，鸳鸯乡5031人。
2004年末，茅箭区总人口232282人，辖4个街道、1个镇、2个乡，34个居委会、42个村委会。2005年末，茅箭区辖4个街道、1个镇、2个乡，31个居委会、41个村委会。
2010年第六次人口普查，茅箭区常住总人口399449人，其中：武当路街道47476人，二堰街道122898人，五堰街道136909人，白浪开发区白浪街道50561人，大川镇2920人，茅塔乡3874人，鸳鸯乡33410人，小川乡1401人。