乌当春秋时期属牂牁国北部领地，战国时期为楚黔中地。秦始皇统一中国后，将全国分为三十六个郡，应属象郡范围。到了西汉元朔三年（前126）秋，在西南夷置夜郎县和且兰县，莫贞定（友芝之父）考定认为，今贵阳属夜郎县地，郑子尹在《牂牁十六县问答》也同意今贵阳属夜郎县之说。据《贵阳府志》（道光）载：“大业三年改牂柯州为牂柯郡，领县二：牂柯、宾化。”今贵筑、开州、修文皆属牂牁县地。元代在今乌当区境的行政建置，今可考者有章龙州、洪边州、瓮蓬县、武当等处长官司、水楼、瓮眼、纳八等处长官司和罗月长官司，但大都属于土司割据势力。元代所设置的章龙州即今新堡布依族乡陇上村一带，洪边州即今新添寨附近，瓮蓬县即今水田镇瓮蓬寨，武当即东风镇政府驻地乌当一带，瓮眼即羊昌镇平坝望娘寨。据《贵州省志·地理志》记载，元至元二十九年（1292），顺元路军民安抚司领蛮夷长官司二十二，记有武当（今乌当）、水东（今新添寨）等处。元代《贵州省历史沿革图》，南有顺元宣抚司（今贵阳），东北面有武当（今乌当）。为了防范安宋土司对贵阳的威胁，明王朝在贵阳通往各地的交通道路和安隘所设的铺哨和屯堡在今乌当区境内有 2 铺、6 哨、4 屯、28 堡。郭子章《黔记》《读史方舆纪要》《贵阳府志》、宣统《贵州地舆图说》等有记载，明洪武二十八年（1395）置贵州前卫（属今乌当区辖）的有：洪边堡（即今新添寨洪边）、桥头堡（高新路街道大桥寨附近）、乌一堡（东风镇头堡）、小在堡（东风镇小堡）、乌八堡（东风镇乌当场坝）、新堡（新堡布依乡新堡街上）、垄上堡（今新堡布依族乡政府住地陇上）、谷溪堡（新场镇谷溪）、打鼓堡（新场镇达古）、猪场堡（新场镇大珠）、羊场堡（今羊昌镇政府住地羊昌）、马堡（羊昌镇马堡）、翁仰堡（羊昌镇平坝村望娘寨附近）、上卡堡（下坝镇谷金村上卡堡）、下卡堡（下坝镇谷金村下卡堡）等。据清代（乾隆）《贵州通志》载，康熙二十六年（1687）改贵州卫、贵州前卫为贵筑县。从乾隆至宣统的百余年间，今区境大部分属贵筑县，少部分属贵阳府亲辖。

民国元年（1912）设贵州督察，建置区划同时将贵筑县属地并入贵阳府辖。民国3年（1914）1 月，改贵阳府为贵阳县，乌当区属贵阳县，属黔中道。民国20年（1931），《贵阳县属自治年刊》所载，贵阳县共设置 9 个区 202 个乡（镇、街道），今乌当区境内在一、二、三、六、八、九区范围。民国 30 年（1941）2月 15 日成立贵阳县乌当区署。同年7月 1 日贵阳市政府成立，贵筑县辖乌当区署（公所）。民国 37 年（1948），贵筑县专区境内设水田区署，辖水田、羊昌、永乐、北衙、乌当、谷定、百宜7个乡。1951 年 10 月，贵筑县重新划分为11 个区、91 个乡和 2 个镇。今区境内设有第七区（乌当区、驻乌当），第八区（水田区、驻水田）、第九区（羊昌区、驻羊昌）、第五区（金华区、驻金华）。1957 年 11 月 29 日，撤销贵筑县，将今属乌当区的乡镇划归贵阳市。1958 年 2 月 24 日， 贵 州 省 人 民 委 员会批复，同意将贵阳市郊区分置乌当、花溪两个区，以黔滇公路和黔桂公路为分界，公路以北为乌当区，辖 30 个乡和修文县的鹅颈冲。乌当区成立后，区人民委员会驻贵阳市中华北路毛光翔公馆，乌当区正式成为县级行政区。1959 年下半年，区人民委员会从中华北路移驻新添寨。1966 年 8 月花溪区和乌当区合并，组成贵阳市郊区。郊区党、政、军机关同驻新添寨。1967 年3月，贵阳市郊区又按原建制恢复乌当区和花溪区。1971 年 8 月乌当区所辖茶店公社划归云岩区。1973 年 6 月，乌当区划出所辖艳山红、沙文两个人民公社及白云镇复置白云区。1988 年 12月12 日，经贵州省人民政府批复，朱昌、金华、东风、水田、羊昌 5 个乡以其原来行政区划分别设立镇。2002 年12 月，撤销新添寨镇行政建制，组建新天街道和高新路街道两个城市街道。2001 年 1 月，野鸭乡划出，归金阳新区。2009 年 1 月，永乐乡划出归南明区管辖。2009 年 2 月 24 日，金阳街道（原野鸭乡）、金华镇、朱昌镇划入金阳新区管辖范围。2012 年 11 月，设立观山湖区。金阳街道，金华镇、朱昌镇划归观山湖区管辖。2014 年，经贵州省人民政府批复下坝、新场、百宜改乡设镇；撤销新天街道和高新路街道两个城市街道，建立新天、高新、振新、创新、顺新5 个新型社区。

2022 年，乌当区辖 6个镇、2 个民族乡、5 个街道、76 个村、34 个社区居委会。其中，东风镇辖 13个村委会，7 个居委会，80 个村民组；水田镇辖 11 个村委会，1 个居委会，93 个村民组；羊昌镇辖 8 个村委会，1个居委会，78 个村民组；下坝镇辖8个村委会，76 个村民组；百宜镇辖 9个村委会，92 个村民组；新场镇辖 13个村委会，89个村民组；新堡布依族乡辖 7 个村委会，35 个村民组；偏坡布依族乡辖 2 个村委会，20个村民组；新光路街道辖 4 个居委会，2 个村委会，13 个村民组；高新路街道辖 2 个居委会，3 个村委会，23 个村民组；龙广路街道辖 6 个居委会；新创路街道辖 7个居委会；观溪路街道辖 5 个居委会。