解放前属乌鲁木齐县，这里只有几户人家，基本上是戈壁荒原。

1949年新疆和平解放后，驻疆部队在头屯河建起新疆八一钢铁厂。

1956年7月，乌鲁木齐市设立头屯河镇。

1961年将头屯河镇改为头屯河区。

2000年，头屯河区辖4个街道：头屯河街道、火车西站街道、王家沟街道、乌昌路街道。

2011年1月，将1994年设立的国家级乌鲁木齐经济技术开发区与1961年建区的头屯河区合并，成为乌鲁木齐经济技术开发区（头屯河区）。