周時筑有高陵邑。以南部有奉正（政）塬，狀若土山，坡度較緩，高四五丈而得名高陵。清光緒《高陵縣續志》：“高陵，秦縣名。《爾雅》：大阜曰陵。郭子章云：縣南有奉政原，高四五丈，高陵之名所由防也。”

秦孝公十二年（公元前350年）于今縣城西南大古城置高陵縣（治今縣城西南），屬內史。新莽天鳳二年（公元15年）改名千春【一說，西漢元始四年（公元4年）改名千春縣】，更始元年（公元23年）復名高陵。東漢時左馮翊由長安移治高陵縣。

三國魏黃初元年（220年）更名高陸縣，改左馮翊為馮翊郡并移治臨晉（今大荔縣）。北魏高陸縣移治今址。隋大業二年（606年）復名高陵，屬京兆郡。唐武德元年（618年）析高陵縣西南部地于今馬家灣鄉赧王寨設鹿苑縣，貞觀元年（627年）省入高陵縣。明、清屬西安府。1913年屬關中道，1928年直屬省。

1949年屬三原分區，1950年屬咸陽專區，1952年改屬渭南專區，1956年歸省直轄。1958年末省高陵縣入三原縣。1961年復置高陵縣，屬咸陽專區。1969年屬咸陽地區。1983年屬西安市。

1996年，高陵縣面積290平方千米，人口22.4萬人。轄3個鎮、7個鄉：鹿苑鎮、通遠鎮、耿鎮、灣子鄉、藥惠鄉、榆楚鄉、崇皇鄉、姬家鄉、張卜鄉、馬家灣鄉。縣政府駐鹿苑鎮。

2000年第五次人口普查，高陵縣常住總人口222367人，其中：鹿苑鎮34819人、通遠鎮25877人、耿鎮鎮15903人、藥惠鄉20490人、灣子鄉16027人、榆楚鄉17508人、姬家鄉30977人、崇皇鄉19395人、張卜鄉31153人、馬家灣鄉10218人。

2001年12月？，撤銷藥惠鄉，并入鹿苑鎮；馬家灣鄉、姬家鄉合并為涇渭鎮。至此，全縣轄4個鎮、4個鄉：鹿苑鎮、通遠鎮、耿鎮、涇渭鎮、崇皇鄉、灣子鄉、榆楚鄉、張卜鄉。

2010年第六次人口普查，高陵縣常住總人口333477人，其中：鹿苑鎮71556人，通遠鎮26159人，耿鎮15967人，涇渭鎮132305人，崇皇鄉23592人，灣子鄉15087人，榆楚鄉19178人，張卜鄉29633人。

2011年，撤銷榆楚鄉、灣子鄉、張卜鄉，設立榆楚鎮、灣子鎮、張卜鎮。至此，全縣轄7個鎮、1個鄉：鹿苑鎮、通遠鎮、耿鎮、涇渭鎮、灣子鎮、榆楚鎮、張卜鎮、崇皇鄉。

2012年，撤銷鹿苑鎮、涇渭鎮、崇皇鄉，分別設立鹿苑街道、涇渭街道、崇皇街道。至此，全縣轄3個街道、5個鎮：鹿苑街道、涇渭街道、崇皇街道、通遠鎮、耿鎮、灣子鎮、榆楚鎮、張卜鎮。

2012年末，高陵縣面積287.8平方千米，戶籍人口314821人，常住人口33.81萬人。2013年末，高陵縣轄3個街道、5個鎮，共有8個社區、88個行政村，縣政府駐鹿苑街道。

2014年12月13日，國務院（國函[2014]158號）批復同意撤銷高陵縣，設立西安市高陵區，以原高陵縣的行政區域為高陵區的行政區域，高陵區人民政府駐鹿苑街道縣門街29號。

2015年，撤銷灣子鎮，并入通遠鎮；撤銷榆楚鎮，將榆楚鎮的馬北、安家、皂南、釣北、榆楚5個村劃歸耿鎮，將皇冊村劃歸鹿苑街道。至此，全區轄3個街道、3個鎮：鹿苑街道、涇渭街道、崇皇街道、通遠鎮、耿鎮、張卜鎮。