先秦属古滇国地。汉武帝元封二年（前109）属益州郡地；西汉元封五年（前106），属益州郡俞元县地。三国蜀汉建兴三年（225），属益州建宁郡俞元县地。西晋武帝泰始七年（271），属宁州建宁郡俞元县地。永嘉二年（308）属晋宁郡俞元县地。沿袭至南朝梁。北朝周属南宁州。隋时置南宁州总管府西爨地。唐初属剑南道姚州；肃宗上元元年（760），南诏（国）以澄江为河阳郡，属拓东节度辖地，今红塔区为河阳郡下辖温富州。宋大理国时属善阐府温富州。
元初置温富千户；另有原大理部傍（驻普具笼城）、普舍部（驻普札笼城）改置部傍、普舍二千户，均属罗伽万户；原大理步雄部改置百户。至元十三年（1275），温富千户改置新兴州，属中路。同年置休纳县为倚郭（后并入新兴州）；步雄百户改置研和县；普舍千户改置普舍县，治普札龙城。普舍县、研和县均属新兴州。至元十六年（1279），新兴州改属澂江路。明为新兴州，属澂江府。洪武十三年（1382），普舍县、研和县并入新兴州。清初沿明制，为新兴州，属澂江府。雍正八年（1730）七月，澂江府属迤东道。民国2年（1913）4月，改新兴州为新兴县，属滇中道。民国3年（1914）1月，因新兴县与广东肇庆的新兴县同名，改名为休纳县。民国5年（1916）11月，更名为玉溪县。民国18年（1929），废道直属省。
1950年1月1日成立玉溪县人民政府，为玉溪专区驻地。1956年，将晋宁县后河村17．1平方千米划归玉溪县。1960年9月13日，国务院全体会议第103次会议通过：撤销江川县，将原江川县的行政区域并归玉溪县（1958年10月1日撤并）。1962年3月27日，国务院全体会议第115次会议决定：恢复江川县，以合并于玉溪县的原江川县行政区域为江川县的行政区域（1961年11月分置）。1964年10月6日及1966年，先后将时属晋宁县双河公社的老鹳箐、法寨两个村共34.2平方千米划入玉溪县。1970年玉溪专区改为玉溪地区，玉溪县为地区驻地。
1983年9月9日，国务院【国函字189号】批复：撤销玉溪县，设立玉溪市（县级）。以玉溪县的行政区域为玉溪市的行政区域。1984年，玉溪市（县级）辖9区和1办事处，共设69乡3镇4个居委会和1个农委会。1996年，玉溪市（县级）辖7个镇、2个民族乡：州城镇、北城镇、春和镇、李棋镇、大营街镇、研和镇、高仓镇、小石桥彝族乡、洛河彝族乡。市政府驻州城镇。
1997年12月13日，国务院批准（国函[1997]108号）：（1）撤销玉溪地区和县级玉溪市，设立地级玉溪市。（2）玉溪市设立红塔区，以原玉溪市的行政区域为红塔区的行政区域。区人民政府驻红塔路。1998年3月15日正式撤市设区。1998年10月9日，云政复[1998]85号：撤销红塔区州城镇，设立玉兴路、凤凰路、彩虹路3个街道办事处。
2000年第五次人口普查，红塔区常住总人口409044人，其中：玉兴路街道61286人，凤凰路街道57956人，玉带路街道34322人，北城镇56135人，春和镇50762人，李棋镇27967人，大营街镇43944人，研和镇41539人，高仓镇19517人，小石桥彝族乡5849人，洛河彝族乡9767人。
2000年末，红塔区辖玉兴路、玉带路、凤凰路3个街道办事处和北城、大营街、研和、李棋、春和、高仓6个镇及洛河、小石桥2个乡；12个居委会、64个村委会。全区总人口37.7万人；其中，农业人口25.8万人，非农业人口11.9万人；少数民族人口为4.98万人，占总人口的13.2%；人口密度375人/平方千米。
2002年末,全区总人口387847人。其中，农业人口：261212人,非农业人口126635人。有汉、彝、回、白、哈尼、傣、壮等30种民族。少数民族人口为51535人,占总人口的13.3%。人口密度386人/平方千米。辖3个街道、6个镇、2个民族乡：玉兴路街道、玉带路街道、凤凰路街道、北城镇、李棋镇、大营街镇、研和镇、春和镇、高仓镇、小石桥彝族乡、洛河彝族乡。
2003年末，红塔区总人口39.33万人；其中农业人口26.33万人，非农业人口13.0万人；少数民族人口5.29万人，占总人口的13.4%；人口密度392人／平方千米。全区辖玉兴路、玉带路、凤凰路3个街道办事处和北城、大营街、研和、李棋、春和、高仓6个镇及洛河、小石桥2个乡，17个居委会（其中15个社区居委会），220个居民小组，63个村委会，1个农村办事处，442个自然村。
2010年第六次人口普查，红塔区常住总人口495129人，其中：玉兴路街道75619人，凤凰路街道76155人，玉带路街道52736人，北城镇59440人，春和镇59653人，李棋镇36783人，大营街镇49339人，研和镇47959人，高仓镇21970人，小石桥乡5577人，洛河乡9898人。
2011年，红塔区撤销北城、春和、研和、大营街、李棋、高仓等6个镇，设立北城、春和、研和、大营街、李棋、高仓等6个街道。调整后，全区辖9个街道、2个民族乡：玉兴路街道、凤凰路街道、玉带路街道、北城街道、春和街道、李棋街道、大营街街道、研和街道、高仓街道、小石桥彝族乡、洛河彝族乡。