1996年4月22日，國務院批準（國函[1996]29號）同意調整長沙市行政區劃；行政區劃調整后，天心區轄原南區的裕南街、金盤嶺、城南路、書院路4個街道辦事處，原西區的坡子街、學院路2個街道辦事處和原郊區的大托鄉，區人民政府駐樟樹園9號。

1996年6月19日，長沙市人民政府《關于調整市轄區行政區劃的通知》：天心區轄原南區裕南街、金盆嶺、城南路、書院路、南大路和原西區坡子街、學院街7個街道辦事處，原郊區大托鄉和雨花亭鄉的石人、新開、漁場3個村。區人民政府駐勞動路樟樹園9號。行政區域四至范圍：東面以芙蓉路（識字嶺起）至新中路、韶山路、中意路至洞井鄉與大托鄉鄉界為界，與雨花區接壤；南面以大托鄉與長沙縣暮云鎮鄉界為界；西面以湘江主河道中心線為界；北面以人民路（識字嶺起）原東區與南區界至黃興路、五一廣場至沿江大道為界，與芙蓉區、開福區毗鄰。原郊區管轄的農、林、牧、漁場，分別劃歸各區管轄：天心區轄原郊區畜牧農場、園藝示范繁殖場。

2000年第五次人口普查，天心區總人口396827人，其中（7個街道、1個鄉）：書院路街道36229人，坡子街街道21022人，學院街街道21275人，城南路街道41352人，裕南街街道67413人，金盆嶺街道79875人，新開鋪街道88027人，大托鄉41634人。

2005年末，天心區轄9個街道、1個鎮：書院路街道、坡子街街道、學院街街道、城南路街道、裕南街街道、金盆嶺街道、開鋪街道、青園街道、桂花坪街道、大托鎮。區政府駐樟樹園9號。

2012年，省民政廳（湘民行發[2012]18號）批復同意撤銷大托鎮，設立大托街道，轄5個社區、10個行政村，面積42.25平方千米，人口5.4萬人，街道辦事處駐芙蓉南路（原大托鎮政府駐地）。同年7月，撤銷坡子街街道、學院街街道和書院路街道，合并組建新的坡子街街道；撤銷大托街道，設立黑石鋪街道、大托鋪街道、先鋒街道；金盆嶺街道析置為金盆嶺街道、赤嶺路街道，新開鋪街道析置為新開鋪街道、文源街道。

2012年末，全區轄12個街道：坡子街街道、城南路街道、裕南街街道、金盆嶺街道、新開鋪街道、青園街道、桂花坪街道、赤嶺路街道、文源街道、先鋒街道、黑石鋪街道、大托鋪街道。區政府駐青園街道湘府中路298號。

2015年，省民政廳（湘民行發[2015]2號）批復同意將長沙縣暮云街道、南托街道調入到長沙市天心區。1月14日，長沙市政府下發通知，將長沙縣的暮云街道、南托街道正式劃入長沙市天心區。調整后，天心區轄金盆嶺、赤嶺路、裕南街、城南路、坡子街、新開鋪、文源、青園、桂花坪、大托鋪、黑石鋪、先鋒、暮云、南托14個街道。總面積141.05平方千米，人口60.46萬人，區政府駐地不變（青園街道）。