西汉为长沙国地。东汉为长沙、零陵郡地。三国为衡阳、零陵郡地，晋为衡阳、邵陵郡地。隋复为长沙郡地。唐为潭州、邵州地。元为天临、宝庆路地。明清为长沙、宝庆府地。民国时期属第五、第六行政督察区。1952年属邵阳专区。1960年2月，设立娄底市、冷水江市。1962年，撤销娄底市和冷水江市。1969年10月，恢复冷水江市。
1968年属邵阳地区。1977年析邵阳地区北部的冷水江市和新化、新邵、邵东、双峰（驻永丰镇）、涟源（驻蓝田镇）5县设立涟源地区，行政公署驻涟源县蓝田镇。1978年行政公署迁娄底镇。1980年7月，恢复娄底市，将涟源县的娄底镇和杉山公社的东风、民社大队及西阳公社的方石、水洋大队，百亩公社的思塘大队划为该市行政区域。
1982年12月11日，国务院批准涟源地区更名为娄底地区。1983年7月，将邵东、新邵2县划归邵阳市管辖。1984年7月11日，国务院批准（国函[1984]113号）将涟源县娄底区的、茶园、万宝、西阳、杉山、小碧、双江、石井八个公社划归娄底市。1987年6月10日，撤销涟源县，设立涟源市。
1999年1月20日，国务院批准（国函[1999]7号）：（1）撤销娄底地区和县级娄底市，设立地级娄底市，市人民政府驻新设立的娄星区。（2）娄底市设立娄星区，以原县级娄底市的行政区域为娄星区的行政区域。区人民政府驻长青中街。（3）娄底市辖原娄底地区的双峰县、新化县和新设立的娄星区。原娄底地区的冷水江市、涟源市由湖南省直辖。
明万历十六年（1588），新化县划为3乡，计21里，其中在城1里（厢），在乡20里（都）。清康熙三十五年（1696年），将原湘乡县划为3坊12乡，下设44都，今双峰县辖16都，今娄底市为湘乡的神童乡，辖4都。新化县改编为3乡26里。同治元年（1862），改乡、都为团、村。新化县划为16团127村。宣统二年（1910），新化县划为1厢4镇11乡。
民国18年（1929），新化县将原来的乡镇编改为8个自治区、15个乡和1个直属镇。民国19年（1930），湘乡县改为10个区，今双峰县为第三区、六区、七区，娄底市为第九区。民国25年原都、团、庙改为乡、保、甲。民国27年撤区并乡，今双峰县为16乡1镇，今娄底市地属湘乡县的娄底镇，辖4个乡；新化县为37个乡镇；今冷水江市属新化，为5乡1镇。
1950年，废除保、甲制，县以下设区、乡（镇）、村、组。1952年，新化县设21个区、545个乡、3个镇；双峰县设14个区、335个乡、2个镇；涟源县设17个区、8个乡、4个镇。1952年10月，经邵阳专署批准，从新化县划出34个乡归隆回县管辖；6月，益阳专署批准将湘乡县的松柏、同德、坪石、万里乡划归双峰县。
1953年5月，湖南省政府批准将隆回县水车区12个乡划归新化县。邵阳专署同意把邵东县的界岭镇南街与虎泉乡、张家乡腰铺里的十一、十二两村组及梅子冲屋划给双峰县管辖。同年5月，又将新邵县第五、七区的6个乡划出给涟源县管辖。同月，湖南省民政厅批准从新化县第十九区划出11个乡归淑浦县管辖。
1954年，新化县划出11个乡给溆浦县管辖；这年，境内调整为911个乡、11个镇。1956年撤销区制，调整为162个乡、13个镇。1958年10月，成立政社合一的人民公社，下设大队、生产队；共建有58个公社、903个大队、6610个生产队。1960年2月，恢复农村区的建制，境内为3个县、2个市，30个县辖区，232个公社。
1970年9月，邵阳地区革命委员会批准将新邵县孙家桥公社和潭溪公社的22个大队划给涟源县管辖。1973年，省革命委员会批准，将双峰县丰瑞公社的红旗大队、坪上大队的5个生产队划归湘乡县；同时，将县天门公社的连山大队划归双峰县管辖。1976年，将湘乡县坪花公社的鞍山、坝塘2个大队划归双峰县管辖，又从双峰县增桥公社泉塘大队划出1个生产队给湘乡县坪花公社管辖。至此，境内共有3县、1市，202个公社、10个镇，3309个大队，27617个生产队。
1977年9月，涟源地区成立，辖新化、新邵、邵东、双峰、涟源5县和冷水江市，45个县区、274个人民公社、12个镇。1980年7月，恢复娄底市，将涟源县的娄底镇和杉山公社的东风、民社大队及西阳公社的方石、水洋大队，百亩公社的思塘大队划为该市行政区域。是年全区为5县、2市。
1984年10月，娄底行署根据中共中央[1983]35号文件精神，恢复乡、村行政区划，成立乡、镇人民政府。是年全区有29个县辖区、192个乡、22个镇、7个街道办事处。截至1989年12月31日，娄底地区为3个市、2个县。共有19个区、140个乡、30个镇、9个街道办事处，3275个村民委员会、197个居民委员会，34679个村民小组、1866个居民小组。
2000年第五次全国人口普查，娄底市总人口3783233人。其中：娄星区398577人，双峰县840626人，新化县1207436人，冷水江市339701人，涟源市996893人。
2005年末，娄底市辖1个市辖区、2个县，代管2个县级市；全市共有12个街道、56个镇、24个乡。