旧石器时代，即有先民繁衍生息；春秋时期，为少数民族居住之地，境域为北狄人所属；战国时期，初为代国，后并入赵地，公元前296年属赵国雁门郡；秦朝时期，置郡县，仍属雁门郡；西汉时期，置平城县，属雁门郡，隶并州，为东部都尉治；王莽时改为平顺县，属并州天狄郡；东汉，仍称平城，属雁门郡；北魏时期，拓跋珪迁都平城，境域即为京畿内地，历96年，后改为恒州；北齐时期，属恒州太平县；北周时期，属朔州云中县；隋朝时期，属马邑郡云内县；唐、五代时期，属河东道云州治。
辽重熙十三年，设西京道大同府，为辽之陪都，下设大同县，境域属大同县辖，此后历金、元、明、清时期，属大同府大同县。
民国时期废府立县，属大同县。
1970年设矿区，建置由此而始，成为县级行政区，属大同矿务局和大同市双重领导。
2018年2月9日，国务院对山西省政府《关于大同市部分行政区划调整的请示》作出批复：同意撤销原矿区、原南郊区。
同意设立大同市云冈区，以原城区的西花园街道、老平旺街道，原南郊区的高山镇、云冈镇、口泉乡、平旺乡、西韩岭乡、鸦儿崖乡，原矿区的行政区域为云冈区的行政区域，至此云冈区成立。