南山，古稱南頭。漢代南頭為鹽官駐地。三國時設置司鹽都尉所，并在南頭城修筑司鹽都尉壘，稱“蕪城”。東晉咸和六年（331年），東官郡治、寶安縣治均設于城子岡（今深圳南頭）。唐開元二十四年（736年）設屯門（軍）鎮，鎮治設在南頭城；至德二年（757年），寶安縣更名東莞縣，縣治從南頭遷到涌（今東莞）。明洪武二十七年（1394年）置東莞守御千戶所，并在南頭修筑所城（今南頭古城）。萬歷元年（1573年）析東莞縣置新安縣，設治所于南頭。

民國二年（1913年）新安縣恢復古名寶安縣。1953年，寶安縣府遷至深圳蔡屋圍，南頭設區，下轄石巖、蛇口、南頭、西鄉、沙河等地。1958年改為超英公社，1959年分為南頭公社、西鄉公社、西海（蛇口水產）公社。1961年寶安縣劃分為5個大區，南頭區轄深圳、附城、沙頭、蛇口、南頭、西鄉、石巖7個公社和國營沙河農場、地方國營鐵崗林場。1963年撤區并社，為南頭公社和蛇口（水產）公社。

1979年1月撤銷寶安縣，成立深圳市，南頭區為深圳市屬六區之一。1981年8月屬羅湖區管轄。1983年6月設縣級建置南頭辦事處，1984年5月改稱管理區。1984年8月，分南頭管理區增設蛇口管理局。1990年1月4日，國務院批準同意撤銷南頭管理區和蛇口管理局，設立深圳市南山區；9月24日，南山區政府掛牌成立。

1990年，南山區轄大新、南山、蛇口、西麗、沙河等5個街道和蛇口招商局工業區，共有9個居委會、26個村委會。1991年2月，南山區設置蛇口、南山、南頭（原大新街道）、西麗、沙河、水灣、粵海7個街道。1993年11月，水灣街道更名為招商街道。

2000年第五次人口普查，南山區常住總人口722095人，其中：南頭街道109747人，南山街道126135人，沙河街道86534人，西麗街道151391人，蛇口街道55135人，招商街道80314人，粵海街道112839人。

2002年6月，由西麗街道分設桃源街道。2005年末，南山區總面積510.948平方千米，其中陸地面積181.948平方千米，海洋面積329平方千米�？側丝�90.06萬人，其中戶籍人口30.28萬人，暫住人口59.78萬人。轄南山、南頭、粵海、西麗、蛇口、招商、沙河、桃源8個街道，98個社區。區政府駐南頭街道。

2008年末，南山區面積193.27平方千米，戶籍總人口457241人。2009年末，南山區轄8個街道，116個社區。區政府駐南頭街道。

2010年第六次人口普查，南山區常住總人口1088345人，其中，南頭街道163237人，南山街道152312人，沙河街道121350人，蛇口街道87304人，招商街道79650人，粵海街道157807人，桃源街道138853人，西麗街道187832人。

2012年末，南山區面積193.3平方千米。戶籍人口61.6萬人，常住人口110.85萬人。轄8個街道。