历史上洪山境域隶属变迁频繁。
西周时期属鄂王辖地，东周属楚，秦属南郡，汉属江夏郡沙羡县。
东晋侨置汝南县，含今区境。
隋开皇九年（589），改汝南县为江夏县，洪山区境属江夏县；至清末，江夏县名一直沿用，今汤逊湖、鲁巷等地属江夏县东乡，今青菱湖、黄家湖等地属南乡，今洪山、和平、花山、建设等地属北乡。
民国元年（1912），国民政府改江夏县为武昌县，至建国前，洪山区统筹其辖。
1949年建国后，洪山境域从武昌县划出，改由武汉市辖。
1949年10月，武汉市在江南地区设洪山区、武泰区、挹江区3个郊区，这是历史上首次出现洪山区称谓。
其中洪山区位于东湖和沙湖之间，区机关驻官园湾1号，辖官园、武珞、沙湖、东亭4乡。
1951年5月，为了加强对民主改革和经济恢复工作的领导，中南军政委员会和武汉市调整区划，将洪山、武泰、挹江三个郊区合并为武汉市第八区（武昌郊区），区机关驻地在武昌官园湾1号。
辖解放、建设、和平、官园、武珞、沙湖、东亭、白沙、佛林、永安、楠木、莲溪12乡。
1952年7月，武汉市撤销第八区（武昌郊区），分设南湖和东湖区。
其中南湖区，区机关驻武昌苗园，辖永安、楠木、佛林、洪福、李家桥、青菱、花园、石嘴、杨泗矶、老桥、马驿、王家店、谭庙、谭佛、九夫、安家、湖口、油坊岭、宗黄、福乐、沧海、乌龙22乡；东湖区机关先后在武昌曹家花园、周家湾、中高家湾等地。
辖武珞、三合、鲁巷、东湖、磨山、官园、龙王、溪桥、沙湖、东亭、杨湖11乡。
1955年2月，武汉市将东湖区和武昌县的第七区合并，成立洪山区。
区机关驻武昌高家湾。
辖洪山、武珞、莲溪、鲁巷、磨山、长山、三合、联合、中合、花山、春和、山湖、白浒、沿江、同意、太鲁、大吴、刘黄18乡和中南路街、武珞路街2个街。
1956年6月，武汉市撤销南湖区，将武汉市江南的3个郊区（洪山区、南湖区和青山区）合并为洪山区和青山区。
将原属洪山区管辖的花山、中合、春合、联合、大吴、刘黄、山湖等7个乡划归青山区，又将原属武昌区管辖的陆家街、千家街、珞珈山街划归洪山区，此时洪山区又将33个小乡合并为莲溪、东亭、南湖、喻家山、长春、长江、九峰、游庙、驼子店、黎明、建设、红旗、和平、联合、天兴、前进、友谊、胜利、白浒等19乡，中南路街、珞珈山街、千家街、陆家街等4个街。
1958年8月，武汉市将市郊各小郊区撤销，成立了武汉市郊区，区机关驻地在汉口万松园路2号，1959年2月又迁至武昌街道口珞喻路6号。
郊区成立后，先后将小乡合并成立10个农村人民公社。
即红旗（后改为南湖）、长青（后改为青菱）、关山、红焰（后改为花山）、东风（后改为北湖）、武东、和平、五一（后改为葛店）、先锋（后改为汉桥）、红星（后改为岱山）。
其中汉桥、岱山、葛店3个公社于1960年7月划出。
1960年4月，武汉市通过了《关于加强领导，发动群众，开展城市人民公社化运动的决定》，从5月至7月在原行政区划的基础上，建立9个以区委单位，以大型工厂企业、机关、学校为骨干的城市人民公社，撤销武汉市郊区，原郊区所辖的农村人民公社就近划给各城市人民公社管辖。
7月6日，成立洪山（城市）人民公社。
管辖武珞、珞珈山、滨湖、水果湖、东湖风景区5个分社。
1961年3月，武汉市将洪山区人民公社和关山人民公社合并，恢复行政区建置，成立武汉市洪山区。
尔后，将原由洪山和关山两个城市人民公社所管辖的农业生产管理区改为农业公社；同时，将原城区公社建置撤销，恢复街道办事处。
1963年6月，为便于管理，将武昌区辖的花山、尤庙两个公社划归洪山区，又将洪山管辖的和平、联合两个公社划归武昌区。
此时的洪山区辖东亭、莲溪、南湖、鲁巷、花山、尤庙、九峰等7个农村人民公社和喻家山、水果湖、珞珈山、中南路、武珞、滨湖、关山等7个街。
1964年8月，武汉市为加强对市郊农村工作的领导，成立洪山和汉桥两个郊区。
原属洪山区管辖的喻家山、关山、珞珈山、武珞路、中南路、水果湖、滨湖等7个街划归武昌区；原武昌区辖的和平、联合、青菱、石嘴等4个农村人民公社划归洪山区；原属青山区辖的环城、天兴、建设、黎明、红旗、火官、白浒、沿江等8个农村人民公社划归洪山区。
加上洪山区原有的莲溪、东亭、南湖、鲁巷、九峰、尤庙、花山等7个农村人民公社，洪山区此时辖19个农村人民公社。
为了便于实施领导，洪山区对所属公社建置又作了调整：同年8月，撤销沿江公社并入白浒公社；1966年3月撤销火官公社，分别并入建设、红旗公社；同年4月撤销莲溪公社和东亭公社合并为洪山公社。
至此，洪山区辖和平、联合、青菱、石嘴、环城、天兴、建设、黎明、红旗、洪山、南湖、鲁巷、九峰、尤庙、花山、白浒等16个农村人民公社。
1966年5月，“文化大革命”运动开始，洪山区也同全国一样处于混乱无序的状态。
中国共产党武汉市洪山区委员会和武汉市洪山区人民委员会以及全区的经济建设都遭到严重的冲击和破坏。
1968年2月，洪山区革命委员会成立。
1975年2月，根据武汉市的决定，调整洪山区所属的农村人民公社体制，将16个公社合并为7个公社。
即洪山、鲁巷、南湖合并为洪山公社；青菱、石嘴合并为青菱公社；九峰、尤庙合并为九峰公社；花山、白浒合并为花山公社；黎明、建设、红旗合并为建设公社；环城、联合、和平合并为和平公社；天兴公社。
1976年1月，武汉市行政区划进行部分调整，将汉桥区撤销并入洪山区，此时，洪山区称为环绕武汉市的大郊区。
辖有洪山、青菱、和平、花山、建设、九峰、天兴、江堤、永丰、长丰、后湖、谌家矶等12个公社和琴断口、唐家墩2个街。
1984年1月，根据中国共产党中央委员会和国务院关于实行政社分开，建立乡人民政府的指示精神，洪山区所辖农村人民公社改为乡。
1985年1月，武汉市委适应大城市改革开放的需要，推行以城带郊的城区管理体制，因此将洪山区管辖的江堤、永丰、长丰、后湖、谌家矶等5乡以及琴断口、唐家墩、岱山（1980年1月成立的街道）等3个街分为硚口区、汉阳区和江岸区。
1986年7月，武汉市进行区划调整，将原由武昌区管辖的关山街、狮子山街、葛化街以及珞珈山的大部分组建成的珞南街，划归洪山区管辖。
1987年1月，又将原属鄂州市的左岭镇划归洪山区。
至此，洪山区管辖天兴、和平、建设、洪山、青菱、九峰等6个乡，花山、左岭等2镇以及关山、狮子山、珞南、张家湾、葛化、红旗等6个街。
1993年7月，左岭镇同葛化街合署办公；1994年青菱乡同张家湾街合署办公。
2001年12月12日，区委、区人大、区人民政府和区政协机关迁驻雄楚大街湖北省团校临时办公。
2003年8月1日，整体搬迁至洪山区珞狮南路318号洪山政府新办公大楼办公。
2006年，撤销和平乡与洪山乡，设立和平街道与洪山街道；九峰乡北片的滨湖村、建强村、古架村、渔场移交武汉东湖生态旅游风景区托管。
2008年，九峰乡及其九峰村等十村一委整体移交武汉东湖新技术开发区托管。
2009年5月，武汉市为解决武昌、青山、洪山区“插花地”的问题，对三个区的部分行政区划进行了调整。
洪山、武昌两区的部分行政区划调整为：将洪山区管辖的姚家岭、向阳、余家湖、风光、三角路等5个村及城南社区的全部区域调整到武昌区管辖；将位于武昌区界线范围内的烽火、东亭、团结、徐东、柴林头、余家头等6个村及南湖、徐东、和平等3个社区的部分区域调整到武昌区管辖；将武昌区管辖的新世纪、华电、省电、纺机、铁机、风光苑等6个社区的全部区域调整到洪山区管辖；将位于洪山区界线范围内的理工水运、岳家嘴、列电、石牌岭等4个社区的部分区域调整到洪山区管辖。
洪山、青山两区的部分行政区划调整为：将洪山区管辖的东兴洲、芦咀、火官、五一、红胜、星火、同兴、群力、努力、胜强、武东、贾岭、五星等13个村和光明、武东2个社区的全部区域调整到青山区管辖；将位于青山区界线范围内的柴林头、余家头、大洲、厂前等4个村的部分区域调整到青山区管辖；将青山区管辖的自建社区调整到洪山区管辖。
洪山区经过与武昌、青山区部分行政区划调整后，面积由509平方千米调整至480.2平方千米，减少约28.8平方千米。
2009年12月，继市江南三区“插花地”调整后，经市人民政府批准，为重点解决接收区域管辖问题和红旗街“有天无地，有街无道”历史遗留问题，洪山区对区内部分街乡行政区划进行了调整。
将红旗街南迁至梨园地区，更名为梨园街道。
2010年6月28日，洪山区左岭镇及所属16个村（金王、吕墩、左岭、花园、上街、程墩、彭李、卸甲、大罗、泉井、周庄、朝阳、快岭、园林、黄陂岭、甲铺岭）4个社区（左岭、翔龙、白浒、葛化），花山镇及所属13个村（白浒、清丰、东港、沿江、山湖、红光、红军、土桥、联合、花山、春和、红焰、白羊山）1个社区（花山社区）、赛山村飞地、严东湖渔场、花山渔场，整体移交至武汉东湖新技术开发区托管，托管面积为89.26平方千米，托管人口22254户、65996人。
花山镇6村1场1苗圃1湖（即化工区规划控制范围内的联丰村、赛山村、吴桥村、吴桥渔场、花山苗圃和化工区防护带范围内的后山村、何董村、清潭村、竹子湖），整体交由化工区托管。
托管面积为17.19平方千米，托管人口是2236户、7332人。
2010年8月13日，洪山区建设乡及所属群利、群联、向家尾、黎明、四新、高潮、崇阳、前锋、新集、建洲、新村、建设、工业港、胡教14个行政村和建设社区、建设乡林场及建设乡渔场整理移交化工区托管，托管面积46.9平方千米，人口为9113户，2.41万人。
2010年11月，继左岭、花山、建设乡分别移交东湖新技术开发区、化工区托管后，为更好地适应洪山区经济社会发展的需要，经省、市人民政府批准同意，洪山区对区内部部分区域行政区划又进行了调整，调整设立卓刀泉和青菱两个街道。
一是将左岭镇托管后仍保留在洪山区的葛化街道办事处建制调整至卓刀泉区域，更名为卓刀泉街道。
调整后卓刀泉街道辖20个社区、1个村，即原关山街管辖社区8个（709所社区、红星社区、吴家湾社区、华城苑社区、鲁广社区、工程大社区、关西社区、关西二社区）；原珞南街管辖社区9个（五环社区、伏虎山社区、体院社区、尚文社区、卓刀泉社区、虎泉社区、马庄苑社区、金昌社区、高创社区）；原洪山街管辖社区4个（卓刀泉社区、名都花园社区、学雅芳邻社区、鲁巷社区）。
二是撤销青菱乡人民政府，在原青菱乡（张家湾街道办事处）管辖范围内调整设立青菱和张家湾两个街道办事处。
张家湾街与青菱街以三环线为界，三环线以北为张家湾街道办事处管辖范围，三环线以南为青菱街道办事处管辖范围。
调整后张家湾街辖12个社区（张家湾社区、建材社区、列电社区、三桥社区、农科院社区、长江社区、长征社区、烽火社区、毛坦社区、胜利社区、南湖社区、城市花园、光霞社区）；青菱街辖5个社区（园艺社区、红霞社区、青菱社区、渔业社区、建和社区）11个村（横堤村、火箭村、金塘村、杨林村、西湾村、杨泗村、石咀村、老桥村、建阳村、花园村、建群村）。
2011年4月至今，洪山区管辖关山、珞南、和平、洪山、狮子山、张家湾、梨园、卓刀泉、青菱、天兴乡9个街道和1个乡，调整后的面积约为221.6平方千米。
武汉市洪山区人民政府驻地珞狮南路318号。
武汉市洪山区由武汉市管辖至今。