夏、商、周三代，区境属古雍州地，为羌戎所居。战国后为匈奴所居。

秦始皇三十三年（公元前214），区境为大将蒙恬收复，归北地郡管辖。不足十年，秦末仍为匈奴所居。

汉武帝元朔二年（公元前127），汉得河南地，区境为汉北地郡属地。

汉武帝元鼎三年（公元前114），设置安定郡，设祖里厉、鹑阴二县，归安定郡管辖。

东汉初年，鹑阴县改鹯阴县，隶武威郡。

三国时，鹯阴县属魏之武威郡。

西晋初年，鲜卑族一支秃发氏迁居鹯阴，改麦田城。西晋末收复鹯阴县，仍称鹯阴，属武威郡辖地。东晋成帝咸和四年，麦田城为鲜卑另一支乞伏氏所居。

东晋孝武帝太元元年后，苻坚改鹯阴县为平凉郡，此后，平凉郡先后为前秦、后秦、南凉、大夏、北魏、西魏所据有。沿称平凉郡。

西魏文帝十三年，宇文太奉太子西巡，会师平凉郡，遂改称会州。北周时，改会州为会宁防。隋改会宁防为会宁镇。

唐高祖武德二年，改会宁镇为西会州。贞观六年，废鸣沙之会州，改西会州为会州。唐玄宗天宝元年，改会州为会宁郡。十六年后，复改为会州。代宗广德元年后区境为吐蕃所据。

宋初，仍置会州。太宗雍熙二年，李继迁破会州，焚毁城郭，会州从此废除。

宋神宗元丰四年后，李宪筑打罗城（打拉池），形成杨稍沟→打拉池→双铺→狼山→海原的宋、夏边界线，边界线以东归宋管辖，以西为西夏属地。

南宋时，区境为西夏据有。

西夏末主宝义二年（1227），蒙古灭西夏，区境属元巩昌路西宁县。

明太祖洪武元年（1369年），设迭烈逊巡检司，属军事设置单位，归固原州管辖。巡检司治所在黄湾中村。

明英宗正统二年（1437），于会州旧址置靖虏卫，迭烈逊巡检司归靖虏卫管辖。成化十年（1474），移迭烈逊巡检司驻打拉池。

清朝初年，改靖虏卫为靖远卫，区境属靖远卫辖地。后改为靖远县，隶巩昌府。

同治十二年（1873），左宗棠奏设海城县丞于打拉池，分会宁、靖远、海原部分地方归其管辖，亦称打拉池分县。

民国以后，区境大部分地方归靖远县，小水村归会宁县管辖。

1936年10月，中国工农红军一、四方面军在打拉池胜利会师，在水泉、打拉池成立了农会、为白银市境内最早建立的革命政权之一。

1949年9月，小水村改归靖远县管辖。区境属靖远县地。

1985年5月14日，国务院批准（国函[1985]66号）恢复白银市（地级）。将靖远县的宝积镇和宝积、水泉、共和、种田、复兴等5个乡划归白银市，设立平川区。（辖境中部为宽阔的的旱平川，海拔1500～2000米，因以为区名）。

1993年7月乡镇机构调整：撤销宝积镇，设立宝积路、电力路和红会路3个街道；由水泉乡析置设立王家山镇。

1996年，平川区面积1943（一说2106）平方千米，人口17.8万人。辖3街道1镇5乡：红会路街道、宝积路街道、电力路街道、王家山镇、宝积乡、共和乡、水泉乡、种田乡、复兴乡。区政府驻宝积乡。

1997年4月，由共和乡析置设立黄峤乡，由水泉乡析置设立陡城乡。至此，全区辖3个街道、1个镇、7个乡。

2000年第五次人口普查，全区总人口186428人，其中：宝积路街道47311人，电力路街道10416人，红会路街道22607人，王家山镇16187人，水泉乡11277人，陡城乡20429人，宝积乡12361人，共和乡18478人，黄峤乡12165人，种田乡8054人，复兴乡7143人。

2002年9月，撤销陡城乡成立陡城镇，撤销红会路街道设立红会镇。2004年9月，撤销水泉乡、陡城镇，设立水泉镇。2005年2月乡镇机构改革：撤销红会镇，恢复红会路街道；撤销共和乡，设立共和镇；由宝积路街道析置设立兴平路街道。2009年10月，宝积路街道更名为长征（路）街道。至此，全区辖4个街道、3个镇、4个乡：长征街道、电力路街道、红会路街道、兴平路街道、王家山镇、水泉镇、共和镇、宝积乡、黄峤乡、种田乡、复兴乡。

2008年末，全区农村人口2.09万户、10.32万人，有7个乡镇，59个行政村，296个村民小组（不含城区数据）。2010年第六次人口普查，平川区常住人口192398人。