因境内西山得名。原属昆明县（1953年昆明县并入昆明市）。1956年10月设立西山区，辖原昆明市第八区、第九区所辖22个乡。
1982年第三次人口普查，西山区总户数64210户，总人口288266人。1983年2月17日，西山区管辖的虹山区域及居民住宅区划归五华区，并命名为“虹山新村”；其范围内农业户，仍归西山区管辖。1984年，政社分开，8个公社改为办事处，大队改为小乡；全区辖8个农村办事处及马街、黑林铺、中滩3个城镇办事处，62个小乡（其中民族乡18个）。
1988年2月，乡镇体制改革，办事处改建乡（镇），改东风、海联为马街、黑林铺；建立马街镇、黑林铺镇、碧鸡镇、海口镇；团结彝族白族乡、谷律彝族自族乡、沙朗白族乡、厂口乡，原小乡改称办事处；全区辖4镇4乡、1个街道办事处（乡级），13个城镇居委会、62个农村办事处，454个自然村，380个村委会，568个生产合作社。
1990年第四次人口普查，西山区总户数84493户，总人口为332831人。1992年，全区总面积1053.3平方千米。辖1街道、4镇、1乡、3民族乡：棕树营街道、马街镇、黑林铺镇、海口镇、碧鸡镇、厂口乡、团结彝族白族乡、谷律彝族白族乡、沙朗白族乡。共有13个城镇居委会、62个农村办事处，454个自然村，380个村委会，568个生产合作社。区政府驻马街镇。
2000年第五次人口普查，西山区常住总人口603363人，其中：棕树营街道82890人，马街镇237086人，黑林铺镇115598人，碧鸡镇33944人，海口镇76563人，团结彝族白族乡23101人，谷律彝族白族乡7525人，沙朗白族乡17536人，厂口乡9120人。
2001年，全区辖1个街道、4个镇、1个乡、3个民族乡：棕树营街道、马街镇、黑林铺镇、碧鸡镇、海口镇、厂口乡、团结彝族白族乡、谷律彝族白族乡、沙朗白族乡。2003年3月20日，云政复[2003]19号：撤销西山区马街镇、黑林铺镇，设立马街、黑林铺街道办事处。6月20日，马街镇、黑林铺镇正式撤镇设立街道。
2004年6月3日，国务院批准（国函[2004]42号）调整昆明市市辖区行政区划：调整昆明市五华区、盘龙区、官渡区、西山区的行政区划。将西山区的沙朗、厂口2个乡；黑林铺街道办事处机关，黑林铺、普吉、大塘、海源、联家、普吉、团山7个村（居）委会，昭宗村委会部分；马街街道办事处的洪园、黄土坡2个社区居委会，红联、梁源、张峰3个村（居）委会部分；棕树营街道办事处的潘家湾居委会、棕树营东片区居委会部分划归五华区管辖。调整后，西山区总面积791平方千米，城市建成区面积42平方千米。人口约85万人，其中常住人口近45万人。辖棕树营、马街、金碧、土桥、永昌、福海、前卫7个街道，碧鸡、海口2个镇，团结彝族白族乡、谷律彝族白族乡。
2006年，撤销团结彝族白族乡和谷律彝族白族乡，设立团结镇，镇政府驻原团结彝族白族乡政府驻地。2006年末，西山区人口66.79万人。辖7个街道、3个镇：马街街道、前卫街道、福海街道、金碧街道、永昌街道、棕树营街道、碧鸡镇、海口镇、团结镇。共有62个居委会、35个村委会。共有62个居委会、35个行政村。区政府驻西苑街道。
2009年，昆明市决定将西山区盘龙江以西，广福路以南，船房河以东12.5平方千米区域划由昆明滇池国家旅游度假区管理，所涉及的移交范围包括隶属前卫街道的金河社区、太河社区、星海社区、金家社区，隶属福海街道的大坝社区、周家社区、陆家社区的部分居民小组，以及新河社区2个居民小组的部分区域。7月1日零时起，西山区将以上涉及区域内的各项管理和服务职能职责正式移交度假区接管。
2009年，撤销碧鸡镇、海口镇、团结镇，设立碧鸡街道、海口街道、团结街道。至此，全区辖10个街道：西苑街道、马街街道、金碧街道、永昌街道、前卫街道、福海街道、棕树营街道、碧鸡街道、海口街道、团结街道。
2010年第六次人口普查，西山区常住总人口753813人，其中：西苑街道51558人，马街街道82100人，金碧街道130470人，永昌街道53600人，前卫街道58687人，福海街道122060人，棕树营街道52314人，碧鸡街道35705人，海口街道78163人，团结街道31737人，昆明滇池国家旅游度假区57419人。