西湖区自秦到清，属钱塘县（隋朝开皇九年改为杭州）。1912年即民国元年归属杭县。1927年划为杭州市第四区，1949年5月杭州改为西湖区。

早在大革命时期的1927年7月，建立了中共杭州西湖区委员会，马东林任区委书记，直属省委领导。1927年9月，省委决定建立中共杭州县委（又称杭县委），领导六个区委。从此，中共杭州西湖区委直属杭州县委领导，由县委委员马东林兼任区委书记。

1949年5月3日杭州解放，5月11日，中国人民解放军杭州市军事管制委员会即派军代表刘中、牟西山、李云萍等接管了国民党第四区公所。5月30日建立了西湖区人民政府，6月22日，经省委批准，建立了中共杭州市西湖区委员会。  1952年11月10日，建立古荡区。1955年5月撤销古荡区建制，并入西湖区。

1958年4月市委决定，市园林管理局与西湖区人民委员会合署办公。1961年3月，市委决定市园林管理局从西湖区（公社）划出由市直接领导；并将钱塘联社的上泗公社划入西湖区。同年5月，余杭留下公社的九个生产大队和留下镇划入西湖区管辖。

1966年5月开展的“文化大革命”运动，很快波及到西湖区，使西湖区陷于“文革”十年动乱之中，区委及其工作机构受到严重冲击。在这种情况下，1967年3月，由区人武部牵头，成立了区生产办公室，领导和组织全区的工农业生产。1968年5月，成立了西湖区革命委员会，实行党政“一元化”领导，同年10月建立了区革命委员会党的核心领导小组。

1969年3月，撤销西湖区建制，建立杭州市郊区，并建立了郊区革命委员会和党的核心领导小组。 

1972年12月，以市园林管理局为基础重建了西湖区，建立了西湖区革命委员会和中共西湖区委，与市园林管理局两块牌子，一套班子，并与郊区同时并存。

1977年10月，西湖区与市园林管理局分开，郊区与西湖区合并，定名为西湖区，同时建立中共西湖区委。  

1987年底，西湖区直辖四乡、四镇、五个街道，面积228.38平方公里，占杭州市区总面积的53.11%，全区人口301824人，其中农村人口114984人。 

1988年1月至1993年12月，西湖区的区域与1987年相同，未发生变更，仍直辖西湖、龙坞、袁浦、周浦四个乡，祥符、古荡、留下、转塘四个镇，北山、南山、灵隐、西溪、翠苑五个街道。  

1995年袁浦乡撤乡建镇。 

1996年5月9日，经国务院批准，将原萧山市浦沿、长河、西兴镇和原余杭市三墩镇划归西湖区管辖。同年5月24日，经浙江省民政厅批准，将西兴镇的东湘、杜湖、湖头陈3个行政村从西湖区划出，归属萧山市城厢镇管辖。7月24日，杭州市人民政府决定，将原余杭市三墩经济区蒋村办事处随区划调整转为杭州市西湖区人民政府蒋村办事处，作为杭州市西湖区人民政府派出机构。至此，西湖区辖有北山、南山、西溪、灵隐、翠苑5个街道和1个蒋村办事处，西湖、周浦、龙坞3个乡和古荡、留下、祥符、三墩、转塘、袁浦、浦沿、长河、西兴9个镇，面积403.2平方公里。

1996年12月12日，经国务院批准，同意设立杭州市滨江区，并对杭州市市辖区的行政区划又作了调整，将西湖区的祥符镇划归拱墅区管辖；将浦沿、长河、西兴三镇划归滨江区管辖。1996年12月30日，经浙江省民政厅批准，将蒋村办事处改为乡建制。 

1997年6月19日，区委决定建立蒋村乡筹建领导小组；同年9月23日，蒋村乡人民政府正式成立。 1997年12月28日，又经省民政厅批准，将龙坞乡改为镇建制。全区辖北山、南山、西溪、灵隐、翠苑5个街道，西湖、周浦、蒋村3个乡和古荡、留下、龙坞、转塘、袁浦、三墩6个镇，面积 312.91平方公里。  

1998年8月19日，经杭州市民政局批准，同意将蒋村乡的骆家庄、五联村划出，建立西湖区人民政府文新街道办事处。是年底，全区人口434793人，其中农业人口127034人，是杭州市6个城区中面积最大、人口最多的区。 

2002年9月19日，中共杭州市委、杭州市人民政府决定调整杭州西湖风景名胜区、西湖区和杭州之江国家旅游度假区管理体制，杭州西湖风景名胜区管委会与市园文局实行“一套班子、两块牌子”的管理体制，将西湖区的西湖街道，灵隐街道的金沙港社区，以及北山街道的栖霞岭社区沿北山路以南部分包括孤山、苏堤、白堤，交由杭州西湖风景名胜区管委会托管。现属西湖街道的珊瑚沙村，不随西湖街道交杭州西湖风景名胜区管委会托管。

2003年，西湖区灵隐街道新建五云、梦湖社区。龙坞镇撤销叶埠桥、葛衙庄行政村建制，转塘镇撤销沈家弄、横桥、凌家桥、石龙山、双流、村口行政村建制，留下镇撤销小和山、屏峰、横街行政村建制，蒋村乡撤销登云圩行政村建制，分别新建叶埠桥、葛衙庄、沈家弄、横桥、凌家桥、石龙山、双流、村口、小和山、屏峰、横街新村、横街、登云圩社区。蒋村乡撤销蒋村街居民区，新建蒋村街社区。三墩镇撤销望月桥、浦家桥社区，新建水月、望月、兰里社区。留下镇撤销安乐、大街、西苑社区。2003年底，西湖区辖7个街道、5个镇、2个乡，110个社区、3个居民区、80个行政村：北山街道、灵隐街道、西湖街道、西溪街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、留下镇、转塘镇、三墩镇、袁浦镇、龙坞镇、蒋村乡、周浦乡。  　

2004年，撤销留下镇东岳村、杨家牌楼村、西穆坞行政村，花坞社区，新东岳社区，屏峰社区和屏峰新村社区，新建新东岳社区、杨家牌楼社区、西穆坞社区、屏峰社区，调整杨家牌楼、金鱼井社区范围，调整东岳社区范围，调整小和山社区和横街社区范围。撤销蒋村乡包建村、王家桥村、周家村、三深村、深潭口村、蒋村村、龙章村、杨家埭村、双龙村、合建村，新建包建社区、王家桥社区、周家社区、三深社区、深潭口社区、蒋村社区、龙章社区、杨家埭社区、双龙社区、合建社区。撤销翠苑街道曲河社区，调整黄姑山社区范围。撤销转塘镇桕联村，新建桕联社区。撤销三墩镇吉鸿村，新建吉鸿社区。撤销龙坞镇大清村，新建大清社区。  　

2004年底，西湖区辖7个街道、5个镇、2个乡，122个社区、3个居民区、64个行政村。  

2005年12月31日，西湖区辖7个街道、5个镇、2个乡：北山街道、灵隐街道、西溪街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、西湖街道；转塘镇、留下镇、袁浦镇、三墩镇、龙坞镇；周浦乡、蒋村乡。共有122个社区、3个居民区、64个行政村。   

2006年底，西湖区辖7个街道、5个镇、2个乡，123个社区、64个行政村。其中，西湖街道（下属9个村、6个社区）委托西湖风景名胜区管委会管理。  

2007年，根据浙江省人民政府《关于杭州市西湖区部分行政区划调整的批复》（浙政函[2007]147号）和杭州市人民政府《关于西湖区部分行政区划调整的批复》（杭政函[2007]188号）文件精神，西湖区行政区划进行如下调整：

一、撤销袁浦镇、周浦乡建制，合并设立双浦镇，并将转塘镇何家埠、回龙2个行政村划归双浦镇管辖。调整后，双浦镇辖2个社区、30个行政村，镇政府暂驻袁浦街99号。

二、撤销转塘镇、龙坞镇建制，合并设立转塘街道办事处，并将灵隐街道办事处珊瑚沙、五云2个社区划归转塘街道办事处管辖。调整后，转塘街道办事处辖25个社区、16个行政村，街道办事处暂驻转塘直街7号。

三、灵隐街道办事处划出珊瑚沙、五云2个社区，调整后，灵隐街道办事处辖4个社区、9个行政村，街道办事处驻地不变（灵隐路18-3号）。

四、蒋村乡登云圩社区划归文新街道办事处管辖。调整后，文新街道办事处辖12个社区，街道办事处驻地不变（文三西路428号）。

五、撤销蒋村乡建制，设立蒋村街道办事处。调整后，蒋村街道办事处下辖12个社区、1个行政村，街道办事处驻地不变（文一西路788号）。

六、撤销留下镇建制，设立留下街道办事处。调整后，留下街道办事处下辖9个社区、2个行政村，街道办事处驻地不变（留下街128号）。

调整后，西湖区由原先7个乡镇、6个街道调整为2个镇、10个街道，分别是双浦镇、三墩镇；转塘街道、留下街道、蒋村街道、西湖街道、灵隐街道、西溪街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、北山街道。西湖区原7个乡镇的辖区面积平均为32.92平方千米，人口3.18万人。10月27日，双浦镇、转塘街道正式挂牌成立。  　　2014年，根据杭州市政府《关于西湖区部分行政区划调整的批复》（杭政函〔2002〕49号）文件精神，西湖区行政区划进行如下调整：

撤销西湖区古荡镇、西湖乡、南山街道办事处建制,设立西湖区古荡街道办事处、西湖街道办事处。同时对其余街道的部分行政管辖界线予以调整。调整后,区设7个街道办事处。

古荡街道办事处驻文苑路2号。其四至为:东以冯家河与翠苑街道相接,南以天目山路过西溪路至老和山、将军山与灵隐街道、留下镇为界,西以莲花港河与文新街道及古荡工业园区与蒋村乡相连,北以余杭塘河与拱墅区相望。面积4.64平方公里,人口4.07万,辖古荡东区、古荡南区、古荡北区、莲花、文华、益乐、古墩等7个社区。

西湖街道办事处驻龙井路89号。其四至为:东临西湖,并以万松岭、玉皇山与上城区交界,南以钱塘江河道中心线与滨江区为界,并沿珊瑚沙村村界至牛芳岭与转塘镇为界,西以牛芳岭至北高峰等群山与转塘、龙坞、留下3个镇为界,北以茅家埠村村界与灵隐街道为界。面积47.09平方公里,人口2.99万,辖九溪、净寺、三台山等3个社区,灵隐、珊瑚沙等2个居民区,双峰、龙井、九溪、梵村、茅家埠、满觉陇、杨梅岭、翁家山、梅家坞等9个行政村。

西溪街道办事处驻马塍路7号。其四至为:东以莫干山路与拱墅区为界,南以天目山路与北山、灵隐街道为界,西至教工路与翠苑街道为界,北以余杭塘河与拱墅区相望。面积3.02平方公里,人口9.19万,辖白荡海、文教、石灰桥、求智、下马塍、花园亭、文天、上马塍等8个社区。

翠苑街道办事处驻翠苑新村二区11-1号。其四至为:东以教工路与西溪街道相连,南以天目山路与灵隐街道为界,西以冯家河与古荡街道为界,北以余杭塘河与拱墅区相望。面积3.90平方公里,人口8.36万,辖翠苑一区、翠苑二区、翠苑三区、翠苑四区、花园、九莲、黄姑山、曲河、古荡湾、保亭等10个社区。

北山街道办事处驻保俶路99号。其四至为:东以环城西路与下城区及西湖东岸与上城区为界,南以西湖南岸与西湖街道为界,西沿杭大路、曙光路、西山路及西湖西岸与西湖街道为界,北以天目山路与西溪街道为界。面积9.06平方公里,人口3.68万,辖曲院、栖霞岭、上保、宝石、松木场、友谊、沿山河、金祝等8个社区。

文新街道办事处驻文苑路428号。其四至为:东临莲花港河过文苑路与古荡街道为界,南与古荡街道为界,西与蒋村乡为界,北以余杭塘河与三墩镇为界。面积3.93平方公里,人口4.34万,辖南都、湖畔、香樟、德加、金乐、沁雅、新金都、竞舟、府新、星洲、桂花园等11个社区。

灵隐街道办事处驻外东山弄72号。其四至为:东以杭大路、曙光路、西山路与北山街道为界,南以茅家埠村村界与西湖街道为界,西以老和山、将军山与古荡街道及灵隐村村界与西湖街道为界,北以天目山路与翠苑街道为界。面积6.55平方公里,人口6.18万,辖117、金沙港、玉泉、东山弄、曙光、浙大求是、庆丰、黄龙等8个社区。