據《同官縣志》（1944年）載，元宗室益王曾隱居于此，明初以王為姓，故名。1980年設城區，轄9個街道辦事處。

1987年城、郊二區調整區劃，劃入郊區的黃堡、王家河、王益鄉三鄉，將城區的五一路、焦坪、王石凹三街道及五一路、青年路二街道部分區域劃歸郊區后成今域；黃堡、王家河二鄉分別與黃堡、王家河二街道合并設立黃堡鎮和王家河鄉。

1996年，城區面積162平方千米，人口20.6萬人。轄4個街道1鎮2鄉：紅旗街街道、桃園街道、七一路街道、青年路街道、黃堡鎮、王益鄉、王家河鄉。區政府駐健康路。

2000年1月7日，國務院批準同意銅川市城區更名為王益區；2月18日，陜西省人民政府辦公廳下發更名通知同意銅川市城區更名為王益區；4月18日，區政府舉行掛牌儀式，正式更名王益區，轄4個街道、1個鎮、2個鄉：七一路街道、紅旗街街道、桃園街道、青年路街道、黃堡鎮、王家河鄉、王益鄉。

2000年第五次人口普查，王益區常住總人口190630人，其中：七一路街道25652人、紅旗街街道40992人、桃園街道27193人、青年路街道26055人、黃堡鎮37317人、王家河鄉22386人、王益鄉11035人。

2001年，王益區轄4個街道、1個鎮、2個鄉：紅旗街街道（駐紅旗街）、桃園街道（駐體育路）、七一路街道（駐二場巷）、青年路街道（駐青年路）、黃堡鎮（駐新市街）；王益鄉（駐健康路）、王家河鄉（駐王家河北路）。

2010年第六次人口普查，王益區常住總人口200231人，其中：七一路街道28007人，紅旗街道53592人，桃園街道27529人，青年路街道24535人，黃堡鎮33528人，王家河鄉21760人，王益鄉11280人。

2011年，撤銷王家河鎮，設立王家河街道。調整后，王益區轄5個街道、1個鎮、1個鄉：紅旗街街道、桃園街道、七一路街道、青年路街道、王家河街道、黃堡鎮、王益鄉。

2012年末，王益區面積156.1平方千米，戶籍人口206302人，常住人口20.15萬人。2013年末，王益區轄5個街道、1個鎮、1個鄉，共有20個社區、39個行政村，區政府駐紅旗街。

2015年，撤銷王益鄉，設立王益街道（銅王改發[2015]1號）。調整后，王益區轄6個街道、1個鎮：紅旗街街道、桃園街道、七一路街道、青年路街道、王家河街道、王益街道、黃堡鎮。

2015年，王家河街道撤銷楊樹溝村并入炭科溝村，撤銷周家河村、馮家河村并入常家河村。【其他街道、鎮撤并村規模情況還在收集中】