1945年設沙河口區。1949年10月至1950年12月，隸屬大連市。1950年12月16日，西山區并入沙河口區，為旅大市直屬區。1981年3月，改稱大連市沙河口區。

1950年12月，將原轄21個坊（含大連縣西山區并入的13個坊）并為19個坊，即：長興、中山公園、民運、玉華、如意、大侯家溝、小侯家溝、香一、香二、香三、香四、車家村、三春柳、南沙河口、臺山、北甸子、馬欄子、泉涌、西山坊。1953年6月，撤銷坊，改為19個街道居委會。1954年9月，將19個街道居委會劃為民權、中山公園、五一廣場、長興、聯合、民運、玉華、昌平、如意、興工、泉涌、馬欄子、侯家溝、春柳、南沙河口、香一、香二17個街道辦事處。1956年9月14日，原小平島區黑石礁街道劃歸沙河口區管轄。至此沙河口區共轄18個街道。

1959年7月31日，原大辛寨子區凌水鄉和棠梨溝鄉劃歸沙河口區管轄。1960年4月，在城區18個街道成立侯家溝、民權、興工、中山公園、民運、春柳、香爐礁、玉華等8個城市公社；在郊區成立紅旗、凌水2個農村公社；同時將黑石礁和馬欄子2個街道分別劃給附近農村公社。同年8月，成立沙河口區公社；原8個城市公社又合為春柳、中山公園、興工、民運4個城市公社，2個農村公社未變。1963年，撤銷4個城市公社，改為民運、白山路、民權、長興、興工、香爐礁、侯家溝、春柳、黑石礁、馬欄子、南沙河口、中山公園12個街道。

1966年9月，將紅旗、凌水公社劃歸甘井子區管轄。1969年9月，各街道相繼改為公社，同時將民運、香爐礁公社劃歸西崗區。1976年末，沙河口區共轄擁軍、民權、中山公園、興工、長興、紅衛、黑石礁、南沙河口、勝利、春柳10個城市公社。1978年，撤銷城市公社，恢復街道辦事處。1983年4月6日，原屬西崗區管轄的沙河口火車站以西，大連機車廠第一職工宿舍以東，沈大鐵路線以南，中長街以北的區域，劃歸沙河口區管轄。1985年12月21日，增設富國、西山、泉涌、車家、蓮花山5個街道（1987年1月組建完）。至此沙河口區共有15個街道。

1990年？，沙河口區增設2個街道。1990年末，沙河口區轄中山公園、民權、長興、興工、南沙河口、侯家溝、馬欄子、黑石礁、白山路、春柳、李家、西山村、泉涌、富國、車家村、蓮花山、星海17個街道，共有335個居委會、6615個居民小組，總人口490088人。1992年12月16日，經大連市政府同意，車家村街道更名為華北路街道。1998年末，沙河口區轄17個街道，389個居委會。

2000年第五次人口普查，沙河口區常住總人口638366人，其中：民權街道15895人，中山公園街道20397人，長興街道13815人，白山路街道31907人，興工街道26926人，春柳街道27317人，侯家溝街道33286人，馬欄街道96673人，南沙河口街道76796人，黑石礁街道49856人，李家街道65299人，富國街道22271人，西山街道39656人，泉涌街道30813人，蓮花山街道18625人，華北路街道31711人，星海街道38023人。

2002年6月，全區轄17個街道，128個社區，面積49.83平方千米，人口約60.03萬人，區政府駐同泰街120號。

2003年12月，春柳街道、華北路街道與侯家溝街道合并為春柳街道；星海街道、富國街道合并為星海灣街道；興工街道、泉涌街道與西山街道合并為興工街道；中山公園街道、長興街道與民權街道合并為中山公園街道。區劃調整后，沙河口區轄9個街道：春柳街道、星海灣街道、興工街道、中山公園街道、南沙街道、李家街道、馬欄街道、白山路街道、黑石礁街道。

2005年7月，大連市調整沙河口區與甘井子區部分行政區劃界線：一、原錦繡小區段界線調整為沿南松路向西至錦華北園西側大連紅磚廠東墻，折向南至南山242��0米高程點處與原界線重合，將南松路以南整個錦繡小區建成區劃入沙河口區，錦華小學交由甘井子區管理。二、馬欄段界線保持原行政區劃界線不變。沙河口區將在馬欄區域超范圍管轄的區域移交給甘井子區。

2010年第六次人口普查，沙河口區常住總人口693140人，其中：中山公園街道56077人，白山路街道29667人，興工街道76628人，春柳街道91065人，馬欄街道92640人，南沙河口街道86012人，黑石礁街道96924人，李家街道106616人，星海灣街道57511人。