娄星区古时，境内属湘乡县域，是由一小集镇逐渐发展，正式形成于北宋时期。当时，湖南分荆湖南路、荆湖北路、复潭州，境内则隶属荆湖南路潭州湘乡县，熙宁六年(1073年)，娄底集镇初具规模，称娄底市，为湘乡县八大集镇之一(从元朝、明朝到清代，地方政府采用“省”、“道”、“府”、“州”制)，康熙三年(1664)，湖广布政使司分置湖南布政使司(即湖南省)下设长宝等四道，区境隶属湖南省长宝道长沙府。乾隆五年(1738)，“楼底”改名为“娄底”。
　　　1951年8月属新置蓝田县(后更名涟源县)，1960年1月成立娄底市，属邵阳专署。1962年10月撤市复属涟源县。1980年7月恢复娄底市，属娄底地区。1999年7月撤市建区，是地级娄底市唯一的中心城市。
　　2000年，娄星区辖4个街道、3个镇、7个乡。总人口398577人，其中： 乐坪街道 56554 花山街道 34902 黄泥塘街道 52390 长青街道 62716 杉山镇 24643 万宝镇 19071 西阳镇 22835 大科乡 17264 涟滨乡 29431 百亩乡 12867 小碧乡 13684 双江乡 14804 石井乡 18500 茶园乡 18916 (根据第五次人口普查数据)
　　2003年4月，将娄星区西阳镇及涟滨乡、杉山镇的7个村和花山办事处、黄泥塘办事处的2个居委会委托市经济技术开发区管理。这次调整的范围是：将原属娄星区管辖的西阳镇全部，涟滨乡的仙人桥、民福、茅塘3个村，杉山镇的高车、太保、澄清、九仑4个村，花山街道办事处的南石居委会以及黄泥塘街道办事处的仙人阁居委会划入开发区，委托开发区党委和管理委员会统一管理。
　　　2003年，撤销大科乡、涟滨乡、西阳镇，将撤销的2乡1镇与杉山镇划出的4个村设立大科、涟滨、大埠桥3个街道办事处。原有的花山、乐坪、黄泥塘、长青4个街道办事处也相应地进行了适当的调整。同时，调整原有居委会，组建社区，调整后全区共有52个社区。调整后，花山街道办事处辖6个社区、3个行政村；乐坪街道办事处辖9个社区；黄泥塘街道办事处辖10个社区、7个行政村；长青街道办事处辖8个社区、1个行政村。新设立的大科街道办事处辖4个社区、10个村委会，总面积26.7平方千米，总人口3.1万人；涟滨街道办事处辖4个社区、4个村委会，总面积15平方千米，总人口1.33万人；大埠桥街道办事处辖6个社区、7个村委会，总面积58.28平方千米，总人口2.38万人。涟滨、大埠桥2个街道办事处及所辖的14个社区由市经济技术开发区管辖。
　 2004年，辖：辖4个乡(石井、百亩、小碧、双江)、3个镇(杉山、万宝、茶园)、7个街道办事处(花山、黄泥塘、乐坪、长青、大科、涟滨、大埠桥)，共162个村委会，53个社区，其中涟滨、大埠桥2个街道办事处共7个村委会14个社区，由市政府委托市经济技术开发区管理。
    2025-08-04，原属双峰县蛇形山镇和原属涟源市水洞底镇正式更名为娄星区蛇形山镇和娄星区水洞底镇。经过行政区划调整后，娄星区现辖双江1个乡，杉山、石井、万宝、水洞底、蛇形山5个镇，长青、乐坪、花山、黄泥塘、大科、涟滨、大埠桥7个街道办事处。