独山子区由其南端的独山（维吾尔语“玛依塔柯山”的意译；哈萨克语称“玛依套”，意为“油山”）而得名。独山子石油开采始于清光绪二十三年（1897年）。民国二十五年（1936年）开始引进苏联技术装备，在独山子（山）北坡形成石油工人聚居的矿区，即独山子矿区。到1953年已发展成万余人的新型城镇。1955年2月22日建立独山子矿区地方行政工作委员会。1956后改为“新疆维事尔自治区独山子镇人民委员会”（县级建制），由自治区人民委员会直接领导。
1958年克拉玛依市成立，独山子划归为克拉玛依市的1个区（县级建制）。1970年成立政企合一的矿区革命委员会。1982年6月召开第六届人民代表大会，成立区人民政府。1984年自治区决定克拉玛依市为直辖不设区的市，撤销克拉玛依市独山子区，成立克拉玛依市独山子镇人民政府（县级建制）。1990年自治区恢复克拉玛依市为设区的市，独山子区人民政府重新成立。
2000年第五次人口普查，独山子区常住总人口50732人，其中：金山路街道28231人、西宁路街道21336人、北村1165人。
2003年，独山子区面积400.36平方千米，总人口48187人。辖3个街道：金山路街道、西宁路街道、北村街道。
2010年第六次人口普查，独山子区常住总人口69361人，其中：金山路街道26577人，西宁路街道41166人，新北区办事处1618人。
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