原为无锡县忠孝、锡治、博爱、惠河、信义、惠山6镇地。1951年设立无锡市第五区，下设惠山镇和丁降里、西新、北塘、吴桥、顾桥、江阴巷7个行政派出单元。1955年改名为北塘区，以其主体位于京杭运河（俗称塘河）北岸命名；下设西新、惠山、丁降里、北塘、吴桥、江阴巷、顾桥下7个街道。1958年西新区北半部并入北塘区后，全区分设北塘、吴桥、顾桥、西新、惠山5个街道。同年各街道改称人民公社，西新、惠山2街道合并建立惠山公社。
1960年北塘区改建为北塘人民公社，各街道所改建的公社分别改称分社；无锡县黄巷公社划入，改称北塘公社黄巷分社。1961年无锡县钱桥公社的红光、宪丰、新华3个大队划入黄巷分社；黄巷分社划出会北、双河、红星、新华、会龙、红光、宪丰等大队与崇安人民公社刘潭分社划出的会西大队合并建立山北分社；同年春无锡县青山林果场和钱桥公社勤新大队划入北塘人民公社；北塘人民公社下设惠山、红旗、大河池、吴桥4个城市分社和黄巷、山北、管家湾3个农村分社及北郊蔬菜管理处。
1962年复称北塘区，下辖北塘、北大街、吴桥、顾桥、西新、惠山6个街道。1982年增设盛岸街道。1985年增设惠龙街道。1992年顾桥街道并入北大街街道，北塘街道并入吴桥街道，盛岸街道并入惠山街道。1996年，全区面积10平方千米，人口约17.4万人，辖吴桥、北大街、西新、惠山、惠龙5个街道，区政府驻吴桥街道。1999年析吴桥街道部分居委会设五河街道。全区辖6个街道。
2000年第五次人口普查，北塘区总人口190124人，其中：吴桥街道23903人、北大街街道33056人、西新街道23532人、惠山街道49372人、惠龙街道28048人、五河街道32213人。
2002年初，山北镇、黄巷镇和刘潭街道由无锡市滨湖区划归北塘区管辖。调整后，全区辖7个街道、2个镇。（一说，山北镇并入黄巷镇）
2004年，黄巷镇撤镇改设为街道，和北大街、西新、吴桥、惠山、惠龙、五河、刘潭7个街道合并整合后，改设为黄巷、山北、北大街、惠山、五河5个街道；其中，北大街、五河2个街道合署办公。【一说，将7个街道、2个镇整合为4个街道：黄巷镇和刘潭街道合并为黄巷街道；山北镇和惠龙街道合并为山北街道；吴桥街道、五河街道并入北大街街道；西新街道并入惠山街道】
2005年，北塘区共有33个社区、5个家委会、22个村委会。
2009年末，北塘区总面积31平方千米、总人口25.69万人。
2011年末，北塘区面积31.12平方千米，人口254327人。辖黄巷、山北、北大街、惠山、五河5个街道，共有59个社区。区政府驻凤宾路58号。