昂昂溪區名源于駐地名稱。清初形成聚落，清代晚期稱昂阿奇屯，后音轉今名。昂阿奇，達斡爾語，意為“狩獵場”。清末，中東鐵路通車設站，并被劃為鐵路附屬地。由于它是中東鐵路西部線中間的一個重要火車站，商工、運輸各業迅速發展，形成了較為繁榮的小城鎮，1926年以前總人口超過2.4萬人。

1926年洮昂鐵路竣工通車，不少人移往洮南、通遼等新興城市，特別是淪為日本殖民地以后，人口顯著減少，到1937年全城人口減至1.3萬人，原有4000多俄人只剩200多人，而日本人則由30多人增至600多人。1938年偽滿實行街村制，昂昂溪為龍江縣屬昂昂溪街。

1946年6月，劃歸新設置的龍東縣管轄，縣政府駐昂昂溪街。1948年3月，將龍東縣并入龍江縣，設置第九區。1952年10月，設置區級昂昂溪鎮。1954年10月，劃歸齊齊哈爾市管轄，遂設市轄昂昂溪區。1961年8月，將榆樹屯管理區劃歸昂昂溪區，并改稱農業分社。1973年，將郊區水師營公社劃歸昂昂溪區。

1992年末，昂昂溪區位于齊齊哈爾市境南端，北距市中心23千米。東鄰杜爾伯特蒙古族自治縣，南與泰來縣毗連，西與富拉爾基區接壤，北抵龍沙區。全區總面積623平方千米。總人口9.46萬人，其中非農業人口5.85萬人；滿、回、朝鮮等少數民族人口約占9%。轄新興、化工、林機、新建、三間房、道北等6個街道和榆樹屯等3個鄉鎮。區政府駐地區府路。（以上摘自《黑龍江省志·地名錄》，有改動）

1996年，昂昂溪區轄6個街道、1個鎮、2個鄉：新興街道、新建街道、道北街道、三間房街道、化工街道、林機街道、水師營滿族鎮、昂昂溪鄉、榆樹屯鄉。

2000年第五次人口普查，昂昂溪區總人口90647人，其中：新興街道15850人，新建街道11240人，化工街道11272人，三間房街道5819人，林機街道3827人，道北街道12806人，水師營滿族鎮12608人，昂昂溪鄉7895人，榆樹屯鄉9330人。

2005年7月7日，撤銷榆樹屯鎮, 將原榆樹屯鎮的大阿拉街村、后五家村、霍托氣村劃歸水師營滿族鎮管轄，將原榆樹屯鎮的榆樹屯村、頭站村、大興村劃歸三間房鎮管轄（黑民區[2005]80號）。2008年3月27日，黑龍江省民政廳批復，同意將齊齊哈爾市昂昂溪區管轄的三間房鎮更名為榆樹屯鎮，鎮人民政府駐榆樹屯村。調整后，昂昂溪區轄4個街道、2個鎮：新興街道、新建街道、林機街道、道北街道、水師營滿族鎮、榆樹屯鎮。