1949年為西安市一、二、七區，1954年合并成立碑林區，因區內碑林得名。1960年撤銷并入雁塔區，1962年復設碑林區。1966年改名向陽區，1972年復原名。

1990年末，轄境東至金花路，西至四府街東側—勞動南路東側一線，南至南二環路，北至東大街—西大街東段南側—南城河西段一線，面積22平方千米，人口487305人，區政府駐書院門13號，轄10個街道，452個居委會（含家委會）、20個行政村。

1996年，碑林區面積22平方千米，人口53.7萬人，轄10個街道：和平路街道、柏樹林街道、南大街街道、南院門街道、長樂坊街道、東關南街街道、太乙路街道、長安路街道、張家村街道、文藝路街道。

2000年第五次人口普查，碑林區常住總人口698755人，其中：南大街街道10944人、和平路街道22234人、柏樹林街道34449人、南院門街道13447人、長樂坊街道75654人、東關南街街道65638人、太乙路街道123675人、文藝路街道98950人、長安路街道71815人、張家村街道137364人、碑林區虛擬街道44585人。

？年，南大街街道并入南院門街道，和平路街道并入柏樹林街道。

2005年10月19日，民政部批準（民函[2005]285號）西安市碑林區政府駐地由書院門遷至南二環西段。

2010年第六次人口普查，碑林區常住總人口614710人，其中：南院門街道22976人，柏樹林街道49949人，長樂坊街道78299人，東關南街街道74648人，太乙路街道121465人，文藝路街道81817人，長安路街道57416人，張家村街道128140人。

2012年末，碑林區面積22.9平方千米，戶籍人口711773人，常住人口62.08萬人。2013年末，碑林區轄8個街道，共有100個社區，區政府駐南二環西段。