大同市云冈区地处大同市西南部，北接新荣区，东北角与平城区相衔，系行政区划原矿区和原南郊区合并而组，历史变迁不大，具体分述如下：旧石器时代，即有先民繁衍生息；春秋时期，为少数民族居住之地，境域为北狄人所属；战国时期，初为代国，后并入赵地，公元前296年属赵国雁门郡；秦朝时期，置郡县，仍属雁门郡；西汉时期，置平城县，属雁门郡，隶并州，为东部都尉治；王莽时改为平顺县，属并州天狄郡；东汉，仍称平城，属雁门郡；北魏时期，拓跋珪迁都平城，境域即为京畿内地，历96年，后改为恒州；北齐时期，属恒州太平县；北周时期，属朔州云中县；隋朝时期，属马邑郡云内县；唐、五代时期，属河东道云州治。
辽重熙十三年，设西京道大同府，为辽之陪都，下设大同县，境域属大同县辖，此后历金、元、明、清时期，属大同府大同县。
民国时期废府立县，属大同县。
抗日战争时期，中国共产党领导下的八路军在大同农村开辟抗日根据地，建立抗日民主政府，属大怀左县。解放战争时期属西大同县。
解放初期，大同市下辖五个区，矿区、南郊区均属。矿区归属五区，始有完整的县级行政区域。之后，境域区划几经变迁，历经口泉矿区办事处、口泉矿区人民政府、口泉区等演变，1970 年设矿区，建置由此而始，成为县级行政区，属大同矿务局和大同市双重领导。1980年改变“政企合一”管理体制，矿区脱离与大同矿务局隶属关系，直属大同市领导，成为一个独立的县级行政区；南郊区境因处于大同市四周，分分合合，归属繁杂。从1949年7月至1980年2月，经过46次的行政区划变更，形成现在的区域。1965年10月成立郊区，辖15个人民公社，基本形成现区域格局。1970年撤销郊区，成立南郊区和北郊区，将原郊区的云冈、高山、古店3个公社划归北郊区，南郊区辖12个公社和口泉镇。1971年云冈、高山两公社划归南郊区，1972年古店公社划归南郊区，1980年口泉镇划归矿区，此后，境域再未变动。
因时代的需要，2018年2月9日，国务院对山西省政府《关于大同市部分行政区划调整的请示》作出批复。批复内容包括：同意撤销原矿区、原南郊区。 同意设立大同市云冈区，以原城区的西花园街道、老平旺街道，原南郊区的高山镇、云冈镇、口泉乡、平旺乡、西韩岭乡、鸦儿崖乡，原矿区的行政区域为云冈区的行政区域，至此云冈区成立。
