麦积区之名，取“麦积山”前二字而成，因境内有驰名中外的麦积山石窟而得名。麦积作为县级建置，清初，沿袭明制。

雍正七年（1729年），秦州升为甘肃省（康熙年间分陕西设甘肃布政使司）直隶州，隶甘肃承宣布政使司（治今兰州市）。

乾隆二十五年（1760年），以秦州辖域内分设三岔厅，厅治初设三岔（今利桥乡散岔村），不久正式建吴砦（今三岔乡三岔镇），辖境内东南部73村，境内其余地方仍直属秦州。

民国2年（1931年）2月，秦州直辖地改为天水县，治今天水市，隶属甘肃省陇南道（不久改称渭川道）；三岔厅建置保留，撤州判署，设警察分厅。

民国16年（1927年），改渭川道为渭川区行政公署。

民国24年（1935年），又改为甘肃省第四区行政督察专员公署，驻天水县（今天水市）。

1949年8月3日，天水县放权，建立了人民民主政权——天水县人民政府，县治设今天水市，隶天水行政督察专员公署。9月初，成立了天水市人民政府，管辖原县城及近郊区。

1950年月日2月，西北军政委负会正式行文批准设立天水市（县级建置），治今天水市，天水县移治天水井（今秦州区天水郡村），天水市，天水县俱隶甘肃省天水专区行政督察专员公署。

1951年改称天水区专员公署，1955年改称天水专区专员公署。

1958年12月，天水县并入天水市。

1961年12月，县、市分设，恢复天水县建制，县治设今秦州区天水郡，1962年7月迁北道埠（今麦积区）。

1969年改称天水地区革命委员会，1978年又改为天水地区行政公署。

1984年9月，天水市由原县级市升为副地级市，划原天水市5个乡，7个办事处设置秦城区，划原天水县马跑泉，甘泉，麦积，二十里铺，社棠和北道镇设置北道区（二区均为县级建置，时称区公署，为市政府的派出机构），其余乡仍组成天水县，县、区均隶天水市。

1985年4月，北道区撤销，属地仍归天水县。同年7月，国务院批准撤销天水地区和天水县，天水市升为地级市，设北道，秦城两个县级区。天水县西南部17乡划归秦城区（今秦州区），其余22乡，镇组建北道区，治地仍设北道埠，隶甘肃省天水市。

2005年1月1日，经国务院批准，北道区更名为麦积区，仍隶甘肃省天水市。