旌阳区是由德阳县、德阳市市中区沿革而来。

秦时属蜀郡管辖范围。

汉高帝六年（公元前201年），分巴蜀二郡又置广汉郡绵竹县，治地在今旌阳区黄许镇，是德阳置县之始。

东汉时，分梓潼县置德阳县，治地在今江油小溪坝，是德阳得名之始。后移治今遂宁龙凤场，北周时废。

唐高祖武德三年(公元620年)分雒县(今广汉)、绵竹地复置德阳县，隶属益州。

唐武德三年（620年）置县。

清顺治十六年（1659年）罗江县并入德阳县。

雍正七年（1729年）复置罗江县。

1949年后属绵阳专区管辖。

1959年撤销罗江县并入德阳县。

1983年划属德阳市。

1984年撤销德阳县，设立市中区。

1996年撤销市中区，分设旌阳区和罗江县。

1997年旌阳区辖3个街道、13个镇、7个乡：旌阳街道、城南街道、城北街道、黄许镇、孝泉镇、柏隆镇、八角井镇、德新镇、扬嘉镇、天元镇、孝感镇、景福镇、寿丰镇、新中镇、通江镇、双东镇、城区乡、旌阳乡、东河乡、袁家乡、孟家乡、东泰乡、和新乡。区政府驻旌阳街道。

2000年旌阳区辖4个街道、18个镇、2个乡： 旌阳街道、城南街道、城北街道、旌东街道、黄许镇、孝泉镇、八角井镇、柏隆镇、孝感镇、天元镇、景福镇、扬嘉镇、德新镇、寿丰镇、双东镇 、新中镇、通江镇、东河镇、袁家镇、孟家镇、东泰镇、和新镇、城区乡、旌阳乡。

2003年8月1日，旌阳区人民政府机关办公驻地由德阳市区泰山北路218号迁至市区黄河东路99号。

2005年9月，农村综合改革，撤并东河、寿丰、通江、孟家、东泰、袁家、景福、城区8个乡镇。

2006年末全区行政区划为11个镇，1个乡，即和新镇、新中镇、双东镇、黄许镇、德新镇、柏隆镇、孝泉镇、扬嘉镇、天元镇、八角井镇、孝感镇、东湖乡（由原旌阳乡更名）和城南、城北、工农、旌阳、旌东5个街道办事处，共203个行政村，1643个村民小组，90个社区委员会，511个居民小组。

2008年八角井镇划归德阳市代管；旌东街道办亦属市直管。

2013年6月8日，旌阳区行政区划变为下辖6个街道办事处、10个镇、1个乡：将东湖乡所辖的拱桥、大地2个村和凯江、玉泉、石桥、水库、镇江、大山门、新马路、黄河路8个社区居委会所属行政区域划归城北街道办事处管辖。 将天元镇所辖的白鹤、武庙、东河、三元4个村和段家坝、黄连桥、天虹路3个社区居委会所属行政区域划归城南街道办事处管辖。 撤销八角井镇，设立八角井街道办事处，辖原八角井镇所属行政区域。

2013年11月7日，经德阳市政府批复： 增设黄河街道、天虹街道。