1949年10月至1954年12月，現未央轄區除小部分隸屬陜西省西安市外，大部分歸陜西省長安縣管轄，設有渭濱等區公署。1954年9月，為適應城市建設發展的需要，經政務院批準，將陜西省長安縣所轄的第七區和第八區所轄的3個鄉劃歸西安市管轄，組建成西安市草灘區，機關駐地在東揚善村（后遷到張家堡）；1955年1月正式對外辦公。同時，將西安市第八區和第十一區合并組建成西安市未央區。因區內有西漢未央宮遺址得名。

1957年4月20日，陜西省人民委員會批準西安市區劃方案，決定撤銷原長樂、未央兩區建制，同時將原未央區一部分轄域（大白楊、馬旗寨二鄉）與草灘區合并，更名為未央區，人口118923人，駐地在張家堡，從1957年7月1日開始對外辦公。1960年5月20日，經陜西省人民委員會批準，撤銷新成區的建制，并將新城區部分轄區并入未央區，未央區機關駐地由張家堡遷至尚德路。

1962年4月17日，經陜西省省人民委員會批準，恢復新城、蓮湖、碑林三個區的建置。未央區與新城區分設后，未央區下轄6個農村人民公社和1個街道人民公社。機關駐地遷回張家堡，同年7月1日對外正式辦公。1965年10月，西安市區劃調整，撤銷灞橋、雁塔、阿房、未央等四個郊區的建制，合并為西安市郊區，駐地在南郊小寨。今未央轄域大部分隸屬西安市郊區管轄。

1980年4月，西安市進行區劃調整，撤銷了西安市郊區建制，恢復雁塔、灞橋和未央區建置。并將原阿房宮公社、新城區的徐家灣街道、蓮湖區的三橋街道劃歸未央區管轄。未央區下轄6個公社和徐家灣、三橋街2個街道。

1990年末，轄境東至灞河，西至漆渠河，南至龍首原北側，西南至西戶鐵路，北至渭河中心線，面積261平方千米，人口327555人，區政府駐龍首北路西段東端，轄4個街道、2個鎮、5個鄉，61個居委會（含家委會）、213個行政村。

1996年，未央區面積252.1平方千米，人口34.8萬人。轄4個街道、2個鎮、5個鄉：二府莊街道、徐家灣街道、張家堡街道、辛家廟街道、草灘鎮、三橋鎮、譚家鄉、大明宮鄉、未央宮鄉、漢城鄉、六村堡鄉。區政府駐龍首北路。

2000年第五次人口普查，未央區常住總人口460416人，其中（6個街道、2個鎮、3個鄉）：二府莊街道35333人、張家堡街道18269人、辛家廟街道33150人、徐家灣街道42503人、大明宮街道30548人、譚家街道30399人、三橋鎮99796人、草灘鎮27589人、未央宮鄉33644人、六村堡鄉43383人、漢城鄉32690人、市經濟開發區33112人。

？年，撤銷二府莊街道，并入張家堡街道。2001年3月30日，省政府批復同意撤銷六村堡鄉，設立六村堡鎮。2002年7月24日，撤銷六村堡鎮，設立六村堡街道。

2002年，未央區總面積262平方千米，總人口47萬人，其中農業人口近20萬人，轄10個街道：張家堡街道、三橋街道、辛家廟街道、徐家灣街道、大明宮街道、譚家街道、草灘街道、六村堡街道、未央宮街道、漢城街道。共有212個行政村、41個社區。區政府駐張家堡街道。

2010年第六次人口普查，未央區常住總人口806811人，其中：張家堡街道139047人，三橋街道135773人，辛家廟街道50173人，徐家灣街道46447人，大明宮街道70673人，潭家街道62690人，草灘街道86571人，六村堡街道62333人，未央宮街道76364人，漢城街道76740人。2012年末，未央區面積263.2平方千米，戶籍人口555430人，常住人口81.46萬人。

2013年，設立未央湖街道、建章路街道。2013年末，未央區轄12個街道（其中，三橋街道、建章路街道由西咸新區灃東新城管委會代管），共有114個社區、147個行政村，區政府駐龍首北路。