因本区的今地域由武功、扶风县的原辖地组成，所以，本区成立前的建置沿革随武功、扶风县的建置沿革变更而变更。具体沿革如下述。

　　早在5000年以前，区域内既有先民繁衍生息。传说尧舜时代，居住着有邰氏氏族。有邰氏的女儿姜女原，作了轩辕黄帝曾孙帝喾的正妃，姜女原的儿子名弃，“教民稼穑”有功，被帝舜擢拔为主管农业的官员——后稷，封邰国，赐姓姬，为周族始祖。传至商朝后期，周文王建都丰邑，邰地仍属周的领地。

　　周、秦时期（前11世纪~前206年）

　　周武王伐纣灭商，建都镐京，今区域系京畿之地。公元前770年，周平王东迁，因秦襄公护驾有功，将岐丰之地赐予秦。此后，区境便成为秦国的辖区。

　　秦孝公为了革除分封制的弊端，加强朝廷集权，于公元前350年在辖地推行朝廷、郡、县、乡、亭、里六级行政管理体制，设邰、武功等41县。邰县治所在今区域。武功县治所在今眉县东20公里处。

　　秦末，项羽入关，废郡县，兴分封，将秦内史和上郡分成雍、翟、塞三国，谓之三秦。壅国都废丘，即今兴平县东南十里南佐村一带，邰县属壅国辖地。

　　汉至南北朝时期（前206~581年）

　　西汉初，沿用秦制，邰县仍属内史辖区。汉武帝建元六年（前135），以长安为中心，分置左右内史。长安以东为左内史，长安以西为右内史，邰县属右内史辖地。太初元年（104），改长安以东为京兆尹，渭城以西为右扶风，长陵以北为左翊，谓之三辅。设司隶校尉，统领三辅。右扶风治所长安，领邰县等21县。

　　三国时，关中系曹魏辖区。魏文帝改京兆郡，左冯翊为冯翊郡，右扶风为扶风郡。扶风郡治所迁至槐里，领武功、美阳等10县。美阳县治今传扶风县法门镇，武功县治未变。今区域分属武功、美阳二县管辖。

　　西晋武帝泰始三年（267），在扶风郡治槐里置始平郡，领武功等五县；迁扶风郡治至池阳，即今泾阳县，领美阳等六县。今境域分属武功、美阳二县管辖。

　　郝连勃勃昌武元年（418）十二月，武功、美阳均属夏之北秦州。

　　北魏太平真君七年（446），废美阳县，置周城县，治所周原，将美阳县地域并入周城县。孝文帝太和十一年（487），废武功县，置武功郡，治所始在中亭川，后迁至邰城。复置美阳县，治所始在邰城，后迁至崇正镇，辖武功县全境和扶风南部。武功郡领美阳等十二县，今区域曾先后分属周城县、武功郡和美阳县管辖。

　　北周武帝建德三年（574），废武功郡和美阳县，复置武功县，治所中亭川；将美阳县地域并入歧山县。移周城县治于眉城。在原周城县址设三龙县。今区域分属武功县、周城县管辖。

　　隋至五代时期（581~960年）

　　隋文帝开皇三年（583），废郡设州。武功县归属雍州。今区域的隶属关系亦随之变更。

　　炀帝大业三年（607），废州复郡。京兆郡领武功等22县，郡治长安。扶风郡领岐山等10县，郡治雍城。今区域亦随关中区划的变更而变更。

　　唐代初，将全国划分为关内等10道。道下设府州，府州下设县。唐高祖武德元年（618），改京兆郡为雍州；三年（620）置稷州，领武功、扶风等四县。扶风县治所长宁。改扶风郡为岐州，领氵韦川等县，氵韦川治所在今扶风县城。太宗贞观元年（627），废稷州，改隶雍州，撤扶风，并其地入武功，贞观八年（634），改岐州为凤翔府。本区域分属武功、扶风管辖。

　　武则天天授二年（691），复置稷州，领武功等5县，属京兆府；大足元年（701）废稷州，武功仍属雍州；玄宗开元元年（713），武功改属京兆府。后唐同光元年（923），武功改隶凤翔府；明宗长兴元年（930），复属京兆府。后晋置武功郡，隶属昌军路。后周改郡为县，隶永兴军路。在此期间，扶风县置未变。今区域仍分属武功、扶风管辖。

　　宋至清时期（961～1911年）

　　宋初，分全国为15路，后增至23路。路辖府、州、军。府、州、军辖县。武功县隶属永兴军路京兆府；徽宗政和八年（1118），改隶环庆路醴州；扶风县隶秦凤路凤翔府；高宗建炎元（1127），扶风县更名为扶兴县，旋复旧名，隶凤翔路凤翔府。

　　北宋末年，金人占领北方，行政区划沿袭宋制，分统治区为19路。南宋高宗绍兴二十一年（金海陵王天德三年1151），武功县隶京兆府乾州；孝宗淳熙十六年（世宗大定二十九年1189），改名武亭县，仍属乾州。

　　高宗绍兴十二年（金熙宗皇统二年1142），扶风县隶熙秦路凤翔府；大定二十七年（1187），隶凤翔路凤翔府。

　　元改全国11个行中书省，省下有路、府、州、县四级政权机构。其中也有路领州、县者，还有府、州不属路而直属省者。蒙古建国号为“元”之前的世祖至元元年（1264），武亭县复名武功县，隶陕西行中书省奉元路乾州；扶风县隶陕西行中书省凤翔府。

　　明改全国为二直隶及13承宣布政使司，布政使司辖府、州、县。太祖洪武九年（1376），武功县隶属陕西布政使司西安府乾州；扶风县隶属陕西布政使司凤翔府。

　　清分全国为23省，省下设道、府、州、县。圣祖康熙五年（1666），武功县隶西安府；扶风县隶凤分阝道凤翔府。世宗雍正三年（1725），武功县改属乾州。

　　此期间，今区域的归属分别随武功、扶风两县归属关系的变更而变更。

　　中华民国时期（1912~1949年）

　　中华民国建立后，分全国为28个省及西藏地方。民国2年（1913），陕西省领关中、榆林、治中三道。武功、扶风两县均为隶属关中道。

　　民国17年（1928），撤销道制，只存省、县两级，武功、扶风直属省辖。

　　民国27年（1938），陕西省第九行政督察区成立，两县均属其管辖。

　　中华人民共和国时期（1949～）

1950年2月10日，陕西省人民政府成立，全省整编为宝鸡、咸阳等9个专区和1个直辖县。武功、扶风县隶属宝鸡专区。

1956年10月1日，撤销宝鸡专区，县归省直辖。

1958年11月4日，兴平、武功、扶风县合并为兴平县，时称大县。

1961年9月10日，恢复宝鸡专区及武功、扶风县建制，武功、扶风县仍归宝鸡专区管辖。

1964年杨陵镇迁今址。1979年2月成立武功县杨陵特区。1982年6月，特区改属宝鸡市直辖；10月，将扶风县五泉公社划归特区；11月3日，国务院（国函字242号）批准同意将武功县的杨陵镇、杨陵公社和扶风县的五泉公社划归宝鸡市，设立杨陵区（县级）。1983年11月1日改属咸阳市。1997年7月29日，国家级示范区杨凌农业高新产业示范区成立，杨陵区划归国家杨凌农业高新技术产业示范区管辖。【注：政区名称用“陵”字，示范区用“凌”字】
1979年2月从武功县分离出杨陵镇、杨陵公社建立县级杨陵特区，由武功县代管。
1982年6月，杨陵特区改属宝鸡市直辖。
1982年10月，将今扶风县的五泉公社划归杨陵特区。
1982年11月23日，国务院批准在杨陵镇设立县级杨陵区，仍属宝鸡市直辖。
1983年11月1日，改属咸阳市直辖，是咸阳市的一个市辖区。
1996年，杨陵区面积94平方千米，人口11.6万人，辖1街道4乡：杨陵街道、五泉乡、李台乡、大寨乡、杨村乡，区政府驻杨陵街道。
1997年7月13日在其境内成立国家杨凌农业高新技术产业示范区，纳入国家高新区管理，简称杨凌示范区或杨凌区。
1998年，五泉乡改为五泉镇。调整后，杨陵区辖1个街道、1个镇、3个乡：杨陵街道、五泉镇、李台乡、杨村乡、大寨乡。
2000年第五次人口普查，全区总人口137941人，其中：杨陵街道51298人、五泉镇22252人、李台乡23616人、杨村乡23436人、大寨乡17339人。
2003年，将大寨乡梁氏窑村、杨村乡付家庄、彭家窑、姚东、姚南、姚北等6个行政村划归杨陵街道管辖。
2008年8月14日，国务院《关于同意陕西省调整咸阳市与宝鸡市部分行政区划的批复》（国函[2008]77号）文件，同意将宝鸡市扶风县揉谷乡划归杨陵区管辖；12月26日，扶风县揉谷乡正式划归杨陵区管辖。调整后，杨陵区辖1个街道、1个镇、4个乡：杨陵街道、五泉镇、李台乡、杨村乡、大寨乡、揉谷乡，共有87个行政村。
2011年，撤销揉谷乡设立揉谷镇，撤销大寨乡设立大寨镇，撤销李台乡、杨村乡合并设立李台街道。调整后，杨陵区辖2个街道、3个镇：杨陵街道、李台街道、五泉镇、大寨镇、揉谷镇