元宝山区春秋时为山戎地。战国时前属东胡后属燕，为右北平郡。秦汉时为幽州北境，仍为右北平郡。三国时属鲜卑地。晋仍为鲜卑地，先后属前燕昌黎郡，治棘城（今辽宁义县）；前秦为昌黎郡，治平州（今朝阳）；后燕属昌黎郡，治龙城（今朝阳）。隋唐为契丹地，属唐河北道松漠都督府信州。辽太祖神册元年（916），耶律阿保机建立契丹王朝。辽兴宗重熙十三年（1044）后，辽全境分五道，元宝山区地属中京道。辽开泰年间（1012—1021），置高州，统三韩县，境域北部属中京道高州三韩县，南部为中京道恩州恩化县。金天辅六年（1122），金攻克高州，属金地。金天眷元年（1138），金改辽中京为北京，元宝山地区属北京路大定府三韩县。元至元七年（1270），元改北京路为大宁路，下设州，属大宁路高州。明正德元年（1506），为大宁卫地，后废入朵颜卫。清初实行盟旗制，元宝山区北部属昭乌达盟翁牛特右翼旗，南部属卓索图盟喀喇沁右翼旗。清康熙四十二年（1703）建热河行宫。清雍正二年（1724）改为热河厅。清雍正七年（1729）设八沟厅，辖元宝山区全境。清乾隆三十九年（1774），清廷于赤峰设乌兰哈达通判厅，元宝山区北部属之，南部属八沟厅。清乾隆四十三年（1778），改热河厅为承德府，另设热河道。改八沟厅为平泉州，改乌兰哈达厅为赤峰县，元宝山区南部属平泉州，北部属赤峰县。清光绪三十年（1904），喀喇沁旗东半部增设建平县，属喀喇沁右旗的部分（元宝山南部地区），亦属建平县。光绪三十四年（1908），清廷改赤峰县为赤峰州，元宝山区北部亦属赤峰州。

民国29年（1940），取消县制，在赤峰建翁牛特右旗，在平庄建喀喇沁右旗。元宝山区北部属翁牛特右旗，南部属喀喇沁右旗。民国34年（1945）8月，日本宣布投降后，废除翁牛特右旗和喀喇沁右旗，建热中专署。元宝山区南部属热河省建平县第六区（平庄区），北部属赤峰县第二区（建昌营区）。民国35年（1946）9月，建立建中县，驻地平庄，南部属建中县第一区（平庄区），北部属赤峰县第二区（建昌营区）。民国36年（1947）10月，建中县并于建西县，建立喀喇沁右旗建西县联合政府（驻地王爷府），属建西县第九区（平庄区）。民国38年（1949）3月，喀喇沁右旗建西县联合政府改为喀喇沁旗政府。元宝山区南部归属喀喇沁旗，中部归属赤峰市，北部归属赤峰县。

1969年8月1日，元宝山区全境随昭乌达盟划归辽宁省。

1979年7月1日，元宝山区全境随昭乌达盟划回内蒙古自治区。

1983年10月10日，撤销昭乌达盟行政公署建制，建地级赤峰市，始建元宝山区，赤峰市直辖区。