西汉元封二年（公元前109），汉王朝以滇池地区为中心置益州郡，设24县，今西山区域为谷昌县领地。三国时期归蜀，改益州郡为建宁郡。晋时为晋宁郡，隋为昆州。唐武德元年（618）复置昆州于滇池西岸，今区境域属州治益宁县。广德二年（764）张建城于昆阳领属地海口，建拓东龟城（今白塔村），以统辖滇池沿岸。唐、宋时期入南诏、大理国，分别属拓东节度使、鄯阐府领地。宝祜三年（1255）大理国设鄯阐府，今区境域大部分为万户、千户和巨桥万户府辖地。元初设昆明二千户，隶属鄯阐万户府，此时，西山区域大部分为鄯阐万户府和巨桥万户府辖地。至元十二年（1275）改置善州及昆明、官渡两县。至元十三年（1276），改善州为中庆路，下设昆明县，不久，并官渡入昆明县，路治昆明，以昆明作为滇池地区行政区名沿用至今。当时今区域大部分为昆明县辖地，其余为昆阳州的一部分。
明洪武十五年（1382），改中庆路为云南府，云南府下设昆明、昆阳等11个州县。昆明为府治，附郭辖左、右、中、前、后五卫及广南卫。今区境域为右卫的一部分。昆明县乡村设置25里，其中的黑林里、沙浪里、班庄里、利一里、普坪里、石鼻里、高峣里等是今区域（指2004年区划调整前的西山区，下同）。清朝初期沿袭明制。清末同治、光绪年间（1862～1897），改里为堡，昆明县辖43堡，其中大渔堡、海源堡、西华堡、沙朗堡、厂口堡、土堆堡、大西堡、张家堡、高峣堡，明朗堡、多依堡、乐亩堡，头村堡，范竹堡、桃园堡等15堡为今西山区域。明、清至民国时期海口为昆阳州辖地。
民国初期，乡村区划沿袭清制。民国27年（1938），昆明县改堡为乡，设8区6镇39乡，今区境为第五区的范竹乡及莲花乡、北仓乡部分地；第六区的沙朗乡、厂口乡、龙庆乡、桃园乡；第七区的西马乡、西华乡、土堆乡、张家乡、云林乡、海源乡、碧鸡乡及大渔镇；第八区的多依乡、明朗乡、乐亩乡、永靖乡等4区1镇18乡。民国28年（1939），推行保甲制度，昆明县设10乡6镇，区内为大渔镇、灵源乡、北新乡、玉案乡、西碧乡及范的乡部分地。
1949年12月底，昆明市各区成立区民联谊会和基层街支会，取代民国时期8个区的行政职能（1951年3月撤销）。今区境域为昆明县玉案乡、西碧乡、灵源乡、苍竹乡、北新乡和大渔镇，人口为81330人。1950年3月23日，昆明县人民政府建立，隶属武定专署。4月境内划为中共昆明县灵源区和高蛲区；8月30日昆明县由武定专区划入昆明市管辖，县名保留。9月14日昆明县在原16乡镇基础上建置6个区，今西山区为第五（原灵源区）、六区（原高蛲区），区公所分别在海源寺、高蛲。10月22日昆明县人民政府宣布废除保甲制度。1952年6月5日，昆明县改为10个区，第五、六、九、十区为今西山区辖地（原五、六区）。同年9月1日，昆明县又划为7个区，第五、六、七区为今西山区辖地。1953年昆明县五、六、七区第一次人口普查：总户数20281户，总人口82476人。
1953年7月20日，昆明市县合并，撤销昆明县建制，昆明市建10个区，城区为第一、二、三、四区，郊区为第五、六、七、八、九区，第八、九区为今西山区辖地（原五、六、七区）。1954年1月，原昆阳县第三区（海口地区）划归昆明市，改称为昆明市第十区。第八、九、十区为今西山区辖地，区公所驻龙院村、马街、海口。1955年3月24日，昆明市第八区人民委员会成立；3月29日昆明市第九区人民委员会成立。1953年7月～1956年9月，昆明市第八区辖：团结、海源寺、联家、沙朗、梁源、桃源、龙庆、厂口、迄六、瓦恭乡共10个乡。第九区辖：积善、马街、碧鸡、风华、明朗、棋台、龙潭、永靖、雨花、律则、谷律、乐亩乡共12个乡。1954年1月～1956年9月，昆明市第十区辖：白鱼乡、和平乡、里仁乡、中宝乡、中平乡、双哨乡共6个乡。
1956年10月11日，设立西山区，辖原昆明市第八区、第九区所辖22个乡，驻地马街，辖区面积875.388平方千米。同月，昆明市第十区更名为海口区。1958年10月，西山区成立东风、团结、上游3个公社，分别驻梁家河、龙潭、厂口。原22个小乡和由五华区划入的近华、红联两乡改为管理区（注：红联乡、近华乡为红联管理区管理），共辖24个管理区，3个街道办事处，面积876.513平方千米。同年12月21日，海口区撤销区建制，划归安宁县管辖，原6个高级农业生产合作社合并为海星公社。1959年海口改建为昆明市海口国营农场。
1960年5月，调整社队规模，西山区改建成东风、海联、碧鸡、团结、谷律、上游、沙朗7个公社。公社驻地分别在梁家河、龙院村、高峣，龙潭、鲁伯祖、厂口、沙朗。1961年4月12日昆明市第四国营农场（海口国营农场）划归西山区管辖，改称西山区海口国营农场（后改为海口公社），驻地中新街。西山区面积增至1053.3平方千米。1961年6月8日，东风、团结、上游3个公社划建为东风、海联、碧鸡、团结、谷律、沙朗、厂口7个公社，加海口公社，全区共8个公社。
1962年，西山区辖8个公社。东风公社：驻梁家河，辖红联、洪园、明波、积善、张峰、大渔、普坪、马街、近华、梁源10个生产大队。海联公社：驻龙院村，辖团山、海源、大塘、联家、普吉、昭宗6个生产大队。碧鸡公社：驻高峣，辖碧鸡、龙门、长坡、猫猫箐、富善、西华、黑荞母、观音山8个生产大队。海口公社：驻中新村，辖中新、白鱼、海门、里仁、和平、中宝、桃树、中平、云龙、青鱼、双哨11个生产大队。团结公社：驻多依村，辖和平、大兴、白眉、棋台、妥吉、龙潭、雨花、花红园、永靖、下冲10个生产大队。谷律公社：驻鲁伯祖，辖朵亩、蔡家、乐亩、谷律、妥排、律则6个生产大队。沙朗公社：驻沙朗，辖大村、东村、桃园、三多、龙庆、陡坡6个生产大队。厂口公社：驻厂口，辖厂口、新民、陡普鲁、瓦恭、迤六5个生产大队。
1963年1月，西山区将8个公社划为21个公社，其中属三级所有制的有：东风、马街、碧鸡、凤华、海联、海口6个公社；属两级所有制的有：龙潭、厂口、瓦恭，迤六、沙朗、龙庆、桃园、永靖、棋台、雨花、红花园、明朗、谷律、乐亩、律则15个公社。1964年1月25日，西山区委将21个公社调整恢复原8个公社，下辖管理区改为62个生产大队。1964年第二次人口普查：西山区总户数35704户，总人口185304人。
1968年9月30日，西山区人民委员会改称西山区革命委员会，大队改称生产领导小组，62个生产大队改为62个生产小组。1977年11月，属西山区厂口公社的迤六、瓦恭两个大队划归富民县散旦公社，区境面积减少至994．991平方千米。1980年7月，迤六、瓦恭两地由富民县划入厂口公社，区境面积增至1053.3平方千米。1981年西山区革命委员会改称区人民政府。（主要根据《西山区志》，有改动）