呼兰县，以呼兰河得名。呼兰河，《金史》作“胡刺温水”，《明一统志》为“忽刺温”，到清代称作“呼伦河”、“霍伦河”，最后统称“呼兰河”。呼兰，一说是女真语“忽刺温”的音转；一说是满语，意为“烟囱”。汉晋属夫余之地，唐属黑水都督府，辽属东京道女真铁骊部，金属上京会宁府，元属辽阳行省开元路，明属奴儿干都司塔山卫。清属黑龙江将军辖区，始于呼兰河口设卡伦，1734年（雍正十二年），拨兵驻防，编为八旗，设城守尉1员。1736年（乾隆元年），兵部复准，由齐齐哈尔副都统所属乌兰诺尔站起，至呼兰地方止，设立驿站6台。
咸丰年间（1851—1861年）放荒兴垦，进入呼兰河一带的流民日趋增多，1862年12月（同治元年十一月），奏准设置呼兰厅。翌年9月8日（同治二年八月十五日），呼兰厅理事同知到任，启用关防，与呼兰城守尉同驻呼兰城。据《呼兰府志》载：“同治元年，分呼兰城东北境设呼兰厅，……厅所属有巴彦苏苏十二段地，其稻、粱、菽、麦、黍、稷六界地仍属呼兰城守尉。”1864年11月（同治三年十月），呼兰厅署移驻巴彦苏苏的中兴镇（今巴彦镇）新建衙署。1879年8月（光绪五年七月），裁撤呼兰城守尉，改设呼兰副都统，节制中（呼兰）、南（巴彦苏苏）、北（北团林子）三路。1885年（光绪十一年），于北团林子设置绥化厅。
1905年1月29日（光绪三十年十二月二十四日）奏准，将呼兰厅升改呼兰府，移驻呼兰城，同时于原呼兰厅治巴彦苏苏设置巴彦州；于呼兰副都统辖区东境设置木兰县；于呼兰副都统辖区西境设置兰西县，呼兰府领1州、2县。同年3月（光绪三十一年二月），黑龙江将军衙门委任官员勘查划定府厅州县属境及界线。1906年1月4日（清光绪三十一年十二月初十日），呼兰府知府驰抵任所，启用关防任事。同年2月15日（农历正月二十二日），裁撤呼兰副都统，呼兰府知府移驻呼兰副都统府第。
中华民国成立后，1913年2月，将呼兰府改为呼兰县，并启用印信。1914年6月，实行道制，呼兰县隶属绥兰道管辖。1929年2月，裁撤道区，由黑龙江省直辖。东北沦陷后，初属黑龙江省，1934年12月划归滨江省管辖。1945年“九三”抗日战争胜利后，同年11月呼兰县民主政府成立，隶属哈北专区管辖。1947年8月，哈北专区撤销后，由松江省直辖。1954年8月，松、黑两省合并后，由黑龙江省直辖。1956年3月，划归新设之绥化专区管辖。1958年8月，划归哈尔滨市领导。1965年6月，改归新设之松花江专区管辖。1983年9月，重新划归哈尔滨市领导。（以上摘自《黑龙江省志·地名录》，有改动）
2004年2月4日，国务院批准（国函[2004]10号）同意调整哈尔滨市部分行政区划：撤销呼兰县，设立哈尔滨市呼兰区。以原呼兰县的行政区域（不含乐业、对青山2个镇）为呼兰区的行政区域。区人民政府驻呼兰镇南京路。同时将乐业、对青山2个镇划归哈尔滨市松北区管辖。
1945年11月，呼兰成立人民政府，废除伪政权组织。12月全县划为6区，县城为城关区，其余是：乐安区、台屯区、方台区、平安区、大用区。1946年初，平安区撤销，设康金区、石人区。同年5月乐安区划给肇东县。同年10月大用区撤销并入石人区。1947年初将石人区并入康金区，又从方台区划出元宝区。全县重新划为城区、康金、白奎、大用、元宝、方台、双井、长岭、台屯、薄荷、乐业11个行政区。
1949年3月增设城子区、许堡区，全县共13个行政区。各区由习惯名称改为顺序名称：一区（城关）、二区（康金）、三区（城子）、四区（白奎）、五区（大用）、六区（许堡）、七区（元宝）、八区（方台）、九区（双井）、十区（长岭）、十一区（台屯）、十二区（薄荷）、十三区（乐业）。1955年8月，一区（城关区）改称呼兰镇。
1956年3月，根据省委关于并村建乡、撤销区一级行政机构的指示，全县共设2镇：呼兰镇、康金镇，35乡：历井、大赵、石人、城子、杨木、白奎、望山、大用、刘家、杨林、七佰、王柱、方台、双井、长岭、长胜、八家、台屯、薄荷、对青山、长安、利民、乐业、裕民、丰富、腰堡、呼口、西沈、东沈、西南、莲花、许堡、郎堡、平坊、二八乡。1958年3月，撤销城子、平坊、呼口、七佰、望山、西沈、薄荷、裕民8个乡，全县有29个乡镇。
1958年9月全县撤销乡镇建制，成立呼兰镇、康金、东方红、长征、白奎、二八、孟家、大用、乐业和对青山10个公社。1959年乐业和对青山公社划给哈尔滨市道外区，全县有8个公社。1960年初，东方红公社改称西沈公社、长征公社改称石人公社。1961年5月，经哈尔滨市批准，全县8个公社调整为16个公社：呼兰镇、康金、石人、大用、白奎、西沈、二八、孟家、方台、双井、腰堡、杨林、长岭、许堡、西井和莲花公社。
1961年增设长安、台屯和利民3个公社，同年12月，哈尔滨市又将乐业和对青山公社划回呼兰管辖，全县共21个公社。1964年5月，将康金公社分成康金镇和康金井两个公社。1969年3月，康金镇与康金井又合并称康金公社，其余不变。1980年9月，西沈公社改称沈家公社。1981年7月，长安公社改称李家公社。
1984年3月，将21个公社改为呼兰、康金、对青、利民4个镇和白奎、大用、西井、莲花、长岭、孟家、腰堡、双井、沈家、方台、二八、杨林、乐业、台屯、李家、许堡、石人17个乡。1984年10月，沈家乡改为沈家镇。1985年3月，白奎乡改为白奎镇，5月二八乡改为二八镇，10月石人乡改为石人镇。至此，全县辖8个镇、13个乡。1990年全县辖8个镇13个乡，下设12个街道、329个行政村。
1992年，呼兰县位于黑龙江省中部，松嫩平原东北部。东南与巴彦县接壤，北与绥化市以泥河分界，西与兰西县、肇东市毗连，南与哈尔滨市为邻，东南与阿城市、宾县以松花江分界。全县总面积2611平方千米。总人口63.9万人，其中非农业人口11.5万人；满、回、朝鲜、锡伯、蒙古等少数民族占总人口的3%。辖8镇、13乡。县政府驻地呼兰镇。（本段摘自《黑龙江省志·地名录》，有改动）
1994年将全县329个行政村调整为336个，其中白奎镇增加3个、孟家乡增加2个、许堡乡和西井乡各增加1个。1995年8月，方台、大用两乡撤乡设镇。1996年6月，腰堡、莲花两乡撤乡设镇。
1996年，呼兰县面积2611平方千米，人口约63.9万人。辖12镇9乡：呼兰镇、康金镇、对青镇、利民镇、沈家镇、石人镇、白奎镇、腰堡镇、二八镇、大用镇、方台镇、莲花镇、台屯乡、杨林乡、长岭乡、许堡乡、乐业乡、双井乡、李家乡、孟家乡、西井乡。县政府驻呼兰镇。
1999年12月，长岭、双井两乡撤乡设镇。调整后，呼兰县辖14个镇、7个乡。
2000年第五次全国人口普查，呼兰县总人口632204人，其中：呼兰镇128936人，康金镇48271人，石人镇27100人，白奎镇26931人，大用镇23578人，莲花镇21889人，二八镇20182人，方台镇25311人，沈家镇25425人，双井镇27755人，腰堡镇26540人，长岭镇23292人，利民镇33286人，对青镇22062人，许堡乡25431人，西井乡17166人，杨林乡25821人，盂家乡31563人，乐业乡22838人，台屯乡15120人，李家乡13707人。
2001年2月，将全县21个乡镇调整为16个。其中利民镇、腰堡镇撤销并入呼兰镇，西井乡撤销并入康金镇，台屯乡撤销并入乐业乡，李家乡撤销并入对青镇，对青镇改称对青山镇。同年8月，将全县336个行政村调整为194个。2002年10月乐业乡撤乡设镇。
2003年末，全县辖16个乡镇，其中镇13个：呼兰、康金、对青山、沈家、二八、石人、白奎、方台、大用、莲花、长岭、双井、乐业，乡3个：杨林、孟家、许堡。下设12个街道、194个行政村（581个自然屯）。
2004年，撤销呼兰县，设立哈尔滨市呼兰区；将乐业、对青山2个镇（面积415平方千米）划归哈尔滨市松北区管辖。同年9月1日，《黑龙江省民政厅关于对哈尔滨市撤销哈尔滨市呼兰区呼兰镇请示的批复》（黑民区[2004]94号）：同意哈尔滨市呼兰区撤销呼兰镇，设立城市街道办事处。城市街道办事处的设立由哈尔滨市人民政府审批，报省民政厅备案。10月28日，哈尔滨市政府（哈政综[2004]66号）批准同意设立呼兰、兰河、腰堡和利民4个街道。2004年末，全区户籍总人口619235人，其中非农业人口153188人。
2006年末，呼兰区总面积2197平方千米。户籍总人口623236人，其中非农业人口167550人，占26.9％。辖4个街道、10个镇、3个乡：腰堡街道、兰河街道、利民街道、呼兰街道、康金镇、沈家镇、方台镇、白奎镇、石人镇、二八镇、莲花镇、大用镇、双井镇、长岭镇、许堡乡、杨林乡、孟家乡。
2009年，黑龙江省民政厅（黑民区[2009]113号）批复：经省政府批准，同意哈尔滨市撤销呼兰区所辖的康金镇、双井镇，改设康金、双井两个街道办事处。实行街道办事处辖社区居委会和村委会管理体制。11月25日，市政府批准呼兰区撤销康金镇、双井镇，设立康金街道、双井街道。将利民街道和呼兰街道划为4个街道，即利民街道、学院路街道、呼兰街道、建设路街道。
2010年末，呼兰区户籍总人口620179人，其中非农业人口163909人。辖8个街道、8个镇、3个乡：兰河街道、呼兰街道、建设路街道、利民街道、学院路街道、腰堡街道、康金街道、双井街道、沈家镇、二八镇、石人镇、白奎镇、方台镇、莲花镇、大用镇、长岭镇、杨林乡、许堡乡、孟家乡，共有168个行政村、38个社区。