新市区所在的乌鲁木齐地区远在新石器时期就有人类在这里繁衍生息。

汉代属西域都护府管辖，成为中国不可分割的一部分，是古代民族的游牧地，是古丝绸之路新北道上的一个重要地段。

唐代，唐军在乌鲁木齐河畔屯田戍守，

现区境内九家湾是当时的一个重要屯田点。

清朝乾隆年间平定准噶尔叛乱后，在乌鲁木齐屯田，并建立屯田城堡，现境内的头工、二工、四工，就是当时有名的宣仁堡、怀义堡、宝昌堡。乾隆年间，区境属迪化直隶州，光绪十二年（1886年）属迪化府。

民国2年（1913年）属迪化县，民国34年（1945年）属迪化市。

新中国成立后属迪化市，开始筹建新城区。

1954年，迪化市改名乌鲁木齐市，现区境属乌鲁木齐市。

1961年，新市区从乌鲁木齐沙依巴克区析出成立，成立了新市区人民委员会，下属五一、机械城、红五月三个城市组成人民公社。

1969年成立新市区革命委员会。

2011年初，按照中共新疆维吾尔自治区委员会、新疆维吾尔自治区人民政府和中共乌鲁木齐市委员会、乌鲁木齐市人民政府的决策部署，由原乌鲁木齐高新技术产业开发区（简称“高新区”）与原乌鲁木齐新市区（简称“新市区”）实行“区政合一”，并将原乌鲁木齐县两乡一镇增划并入。新区继续实行“区市共建，以市为主，科技厅归口管理，重大科技业务隶属科技部火炬中心”的管理体制。作为中共乌鲁木齐市委和市人民政府的派出机构，实行副地级建制，代表市委、市政府统一领导和管理区内经济社会事务，行使市一级人民政府的经济管理权限，对所辖开发建设区、科技园区、创业园区实行“封闭式管理”。区内工商局、国税局、地税局、质量技术监督局等均为自治区直属分局，行使省级职能部门管理权限。