秦统一中国后，分天下为36个郡，南区位于长沙郡的临湘县。
汉长沙王吴芮，建长沙国，立都临湘。
此后三国六朝仍旧。
隋文帝杨坚开皇九年，改临湘县为长沙县，宋哲宗元符元年（1098）从长沙县析出五个乡及湘潭县两个乡，置善化县，驻地鸡公坡（今县正街）。
清初善化县分为四乡、五坊厢。
南区处在上、下厢。
乾隆年间城内设坊，辖十四个铺。
南区为十三、十四铺。
光绪时期，铺改都。
南区为一、八都。
辛亥革命胜利后，裁善化县合入长沙县，隶属长沙府，南区为长沙县的城南镇。
1934年，长沙城内设4个区，城南区为第二区，6月成立第二区公所，驻地朗公庙（今朗公街）。
辖4坊、15保。
1938年，长沙市废除区、坊、保、甲4级，改为镇、保、甲3级建置，城南区改为黄道镇、礼贤镇、天心镇。
是年11月“文夕”大火后，长沙市政府裁撤，原范围归属长沙县管辖，城区分城南、城北两镇。
1942年初，恢复长沙市政府后，城区划为城东、城西、城南（镇址鳌山庙）、城北、城中（镇址火药局）5镇。
1944年1月，镇、乡改区，长沙市划为东、南、北、会春、文艺、金盆、岳麓等8区。
是年6月日军侵占长沙。
翌年2月，置日伪城南镇。
8月，抗日战争胜利后，城南恢复区建置，辖8个保，1947年2月扩充为14个保，453个甲，后调整为192个甲。
此建置至长沙解放。
1949年8月成立城南区人民区公所，所址下黎家坡。
1950年6月，全区废除原3个公安分驻所、14个保、292甲，按地域成立城南路、天心阁、西湖路、社坛街、灵官渡、楚湘街、织机街7个居民委员会。
1950年9月，金盆岭南大十字路（后更名为南大路）和裕南街两个居民委员会划归南区。
1951年5月，南区织机街居民委员会划属东区，西湖路居民委员会划属西区。
1952年，7个居民委员会均改为街道人民代表大会常务委员会办事处，次年改称街道办事处。
1954年，区域调整。
全区设南大路、新兴路、裕南街、天心阁、楚湘街、城南路、灵官渡7个街道办事处。
1955年5月，城南区人民政府改称南区人民委员会。
1960年4月，区人民委员会撤销，成立长沙市妙高峰人民公社，驻地席草田7号，下辖8个分社（其中一个农业分社）。
1961年9月26日，恢复城南区人民委员会。
1968年9月，成立革命委员会，取代人民委员会。
1980年10月28日，撤销革命委员会，成立南区人民政府。
1996年7月10日，长沙市区划调整后，南区更名为天心区。
除保留原来南区的大部分城区外，还并入了原西区的两个街道办事处（坡子街、学院街）、原郊区的大托乡、园艺场、畜牧农场等区域。
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