“沙依巴克”为维吾尔语，意为“戈壁滩上的花园”。据《新疆图志》等书记载，清光绪12年迪化州改为府增设迪化县。

1944年恢复迪化市，辖5个区，沙依巴克区为第四区。

1949年新疆和平解放后，成立市人民府，辖7个区，沙依巴克区为第六区。

1956年将7个区合并为三个城市区（一、二、三区），沙依巴克区为第三区。

1957年将第三区改名沙依巴克区。

1969年改为沙依巴克区革命委员会。

1980年在沙依巴克区八届一次人代会上更名为沙依巴克区人民政府。

2000年，沙依巴克区辖10个街道。

2003年底，沙依巴克区辖10个街道，114个居委会、2个村委会：八一街道、友好南路街道、友好北路街道、扬子江路街道、长江路街道、西山街道、炉院街街道、和田街街道、雅玛里克山街道、红庙子街道。

2004年底，沙依巴克区辖10个街道，114个社区、1个村委会。

2006沙依巴克区辖10个街道：长江路街道、和田街街道、扬子江路街道、友好南路街道、友好北路街道、八一街道、炉院街街道、西山街道、雅玛里克山街道、红庙子街道。区境内有：沙依巴克区乡、后峡地区、一零四团、兵团西山农场。

2009年依巴克区辖10个街道1直辖村。

2010年，沙依巴克区辖9个街道办事处、1个管委会、1个村、117个社区居委会。

2016年1月9日，新疆维吾尔自治区政府（新政函〔2016]3号）批复同意将现沙依巴克区管辖面积约44.9平方公里（包括原自治区畜牧厅所辖乌鲁木齐地方国营种牛场在沙依巴克区行政区划范围内约38.4平方公里和沙依巴克区约6.5平方公里）划归天山区管辖。