先秦屬古滇國地。漢武帝元封二年（前109）屬益州郡地；西漢元封五年（前106），屬益州郡俞元縣地。三國蜀漢建興三年（225），屬益州建寧郡俞元縣地。西晉武帝泰始七年（271），屬寧州建寧郡俞元縣地。永嘉二年（308）屬晉寧郡俞元縣地。沿襲至南朝梁。北朝周屬南寧州。隋時置南寧州總管府西爨地。唐初屬劍南道姚州；肅宗上元元年（760），南詔（國）以澄江為河陽郡，屬拓東節度轄地，今紅塔區為河陽郡下轄溫富州。宋大理國時屬善闡府溫富州。
元初置溫富千戶；另有原大理部傍（駐普具籠城）、普舍部（駐普札籠城）改置部傍、普舍二千戶，均屬羅伽萬戶；原大理步雄部改置百戶。至元十三年（1275），溫富千戶改置新興州，屬中路。同年置休納縣為倚郭（后并入新興州）；步雄百戶改置研和縣；普舍千戶改置普舍縣，治普札龍城。普舍縣、研和縣均屬新興州。至元十六年（1279），新興州改屬澂江路。明為新興州，屬澂江府。洪武十三年（1382），普舍縣、研和縣并入新興州。清初沿明制，為新興州，屬澂江府。雍正八年（1730）七月，澂江府屬迤東道。民國2年（1913）4月，改新興州為新興縣，屬滇中道。民國3年（1914）1月，因新興縣與廣東肇慶的新興縣同名，改名為休納縣。民國5年（1916）11月，更名為玉溪縣。民國18年（1929），廢道直屬省。
1950年1月1日成立玉溪縣人民政府，為玉溪專區駐地。1956年，將晉寧縣后河村17．1平方千米劃歸玉溪縣。1960年9月13日，國務院全體會議第103次會議通過：撤銷江川縣，將原江川縣的行政區域并歸玉溪縣（1958年10月1日撤并）。1962年3月27日，國務院全體會議第115次會議決定：恢復江川縣，以合并于玉溪縣的原江川縣行政區域為江川縣的行政區域（1961年11月分置）。1964年10月6日及1966年，先后將時屬晉寧縣雙河公社的老鸛箐、法寨兩個村共34.2平方千米劃入玉溪縣。1970年玉溪專區改為玉溪地區，玉溪縣為地區駐地。
1983年9月9日，國務院【國函字189號】批復：撤銷玉溪縣，設立玉溪市（縣級）。以玉溪縣的行政區域為玉溪市的行政區域。1984年，玉溪市（縣級）轄9區和1辦事處，共設69鄉3鎮4個居委會和1個農委會。1996年，玉溪市（縣級）轄7個鎮、2個民族鄉：州城鎮、北城鎮、春和鎮、李棋鎮、大營街鎮、研和鎮、高倉鎮、小石橋彝族鄉、洛河彝族鄉。市政府駐州城鎮。
1997年12月13日，國務院批準（國函[1997]108號）：（1）撤銷玉溪地區和縣級玉溪市，設立地級玉溪市。（2）玉溪市設立紅塔區，以原玉溪市的行政區域為紅塔區的行政區域。區人民政府駐紅塔路。1998年3月15日正式撤市設區。1998年10月9日，云政復[1998]85號：撤銷紅塔區州城鎮，設立玉興路、鳳凰路、彩虹路3個街道辦事處。
2000年第五次人口普查，紅塔區常住總人口409044人，其中：玉興路街道61286人，鳳凰路街道57956人，玉帶路街道34322人，北城鎮56135人，春和鎮50762人，李棋鎮27967人，大營街鎮43944人，研和鎮41539人，高倉鎮19517人，小石橋彝族鄉5849人，洛河彝族鄉9767人。
2000年末，紅塔區轄玉興路、玉帶路、鳳凰路3個街道辦事處和北城、大營街、研和、李棋、春和、高倉6個鎮及洛河、小石橋2個鄉；12個居委會、64個村委會。全區總人口37.7萬人；其中，農業人口25.8萬人，非農業人口11.9萬人；少數民族人口為4.98萬人，占總人口的13.2%；人口密度375人/平方千米。
2002年末,全區總人口387847人。其中，農業人口：261212人,非農業人口126635人。有漢、彝、回、白、哈尼、傣、壯等30種民族。少數民族人口為51535人,占總人口的13.3%。人口密度386人/平方千米。轄3個街道、6個鎮、2個民族鄉：玉興路街道、玉帶路街道、鳳凰路街道、北城鎮、李棋鎮、大營街鎮、研和鎮、春和鎮、高倉鎮、小石橋彝族鄉、洛河彝族鄉。
2003年末，紅塔區總人口39.33萬人；其中農業人口26.33萬人，非農業人口13.0萬人；少數民族人口5.29萬人，占總人口的13.4%；人口密度392人／平方千米。全區轄玉興路、玉帶路、鳳凰路3個街道辦事處和北城、大營街、研和、李棋、春和、高倉6個鎮及洛河、小石橋2個鄉，17個居委會（其中15個社區居委會），220個居民小組，63個村委會，1個農村辦事處，442個自然村。
2010年第六次人口普查，紅塔區常住總人口495129人，其中：玉興路街道75619人，鳳凰路街道76155人，玉帶路街道52736人，北城鎮59440人，春和鎮59653人，李棋鎮36783人，大營街鎮49339人，研和鎮47959人，高倉鎮21970人，小石橋鄉5577人，洛河鄉9898人。
2011年，紅塔區撤銷北城、春和、研和、大營街、李棋、高倉等6個鎮，設立北城、春和、研和、大營街、李棋、高倉等6個街道。調整后，全區轄9個街道、2個民族鄉：玉興路街道、鳳凰路街道、玉帶路街道、北城街道、春和街道、李棋街道、大營街街道、研和街道、高倉街道、小石橋彝族鄉、洛河彝族鄉。