民国36年（1947）5月中旬，阳泉市划分为阳泉市一区、二区、三区3个行政区（城区前身）。

阳泉市一区东至东营盘，西至福寿街，南至铁路，北至五渡。辖胜利街、和平街、福寿街、太平街、官坊街、教场街、广义巷、尚义巷、新民巷、实干巷10条街巷。

阳泉市二区东至福寿街，西至平潭街，南至铁路，北至平潭垴。辖华盛街、兴隆街、福盛街、楼儿街、义顺巷、民生巷、兴盛巷7条街巷和平潭街、平潭垴2个农村。

阳泉市三区东至上站，西至小阳泉，南至南山，北至铁路。辖聚兴街、崇德里、常子街3条街巷和小阳泉村。

民国36年（1947）7月，阳泉市调整区划，阳泉市一、二区合并为阳泉市一区（城区前身）,阳泉市三区改为阳泉市二区（郊区前身）。聚兴街、崇德里、常子街划归阳泉市一区。平潭街、平潭垴、小阳泉3个农村划归阳泉市二区。阳泉市一区下辖一街、二街、三街。

1950年2月，阳泉工矿区二区的石卜嘴、蔡洼、庙上、南庄、大村、西峪、大阳泉、小阳泉、赛鱼、义井、上五渡、下五渡、平坦街、平坦垴、义东沟、前庄、半坡、王家峪18个村划归阳泉工矿区一区，阳泉工矿区一区辖3个街、18个农村。4月，阳泉工矿区一区内增设阳泉镇。7月，阳泉镇（城区前身）从阳泉工矿区一区分出，辖一街、二街、三街，阳泉工矿区一区迁至平坦垴，辖阳泉镇周围的18个村。

1953年5月，阳泉市一区辖小阳泉、平潭街、平潭垴、石卜咀、赛鱼、蔡洼、庙上、桃坡、冯家庄、甘河、义井、大阳泉、五渡13个乡和一、二、三街3个街。

1955年11月底，阳泉市一区辖庙上、桃坡、冯家庄、甘河、义井、大阳泉、五渡7个乡和5个街道。原兴隆街（一街）、新市街（二街，包括官坊街、铁路职工家属宿舍）合并，组建下站街道；原德胜街（三街）、小阳泉乡（包括铁路上站宿舍、政府宿舍、104厂宿舍）合并，组建上站街道；原平潭街乡、平潭垴乡（包括马家坪、矿务局、铁厂等宿舍、西河、洪城河、北大街）合并，组建平潭街道；石卜咀乡、赛鱼乡（包括三、四矿宿舍及赛鱼、官沟、大南沟等村）合并，组建赛鱼街道；蔡洼乡（包括小南坑、二矿、修理厂、发电厂、总仓库等职工家属集体宿舍及赛鱼乡所辖的南山、小南沟2个自然村），组建蔡洼街道。

1956年3月，站上区原属的7个乡调整为甄家庄、甘河、义井、大阳泉、五渡5个乡。原庙上乡划归赛鱼街道；原桃坡乡与冯家庄乡的上、下冯家庄村和黄沙岩村、二区的柳沟村合并为甄家庄乡；原冯家庄乡的李家庄村、汉河沟村与甘河乡合并为甘河乡；原石卜咀乡、四矿及宿舍从赛鱼街道划出，组建石卜咀街道。

1957年8月，站上区撤销，甄家庄、甘河、义井、大阳泉、五渡5个乡划归荫营（郊区），下站、上站、平潭街、赛鱼、蔡洼、石卜咀6个街道归阳泉市直接领导。11月，现境内的下站、上站2个街道合并为站上街道。

1960年3月，站上街道办事处改称站上人民公社，辖新市街、德胜街、官坊街、兴隆街、白草堰5个街道管理辖区。

1962年1月，新市街、德胜街、官坊街、兴隆街、白草堰5个街道管理区改为上站、下站、新华街3个街道，归属站上人民公社。

1963年2月，站上区恢复，辖站上、矿区、义井、北大街、李家庄5个人民公社。3月，在4个人民公社下设立7个街道办事处，其中站上人民公社辖下站、上站、新华街3个街道办事处，矿区人民公社辖赛鱼街道办事处，义井人民公社辖义井街道办事处，北大街人民公社辖北大街、石卜咀2个街道办事处。12月，矿区人民公社增设前庄街道办事处。

1965年1月，前庄街道改称沙坪街道。

1966年6月，矿区、北大街2个人民公社所辖的农业生产大队统一划归北大街人民公社，作为农村人民公社；2个人民公社所辖的街道居民委员会统一划归矿区人民公社，作为城市人民公社。

1969年1月，城区所辖义井、北大街、李家庄3个人民公社划归郊区；义井公社7个居委会划归城区，站上人民公社所辖的小阳泉生产大队划归义井公社。2月，站上人民公社分设为大寨路人民公社、文革路人民公社，矿区人民公社分出14个居委会成立大庆路人民公社。城区辖大寨路、文革路、大庆路、城区矿区4个人民公社。

1970年1月，矿区人民公社从城区划出，郊区所辖义井、北大街人民公社划归城区。城区辖大寨路、文革路、大庆路、义井、北大街5个公社。

1971年2月，平定县所辖辛兴、旧街2个农村人民公社划归城区管辖。

1972年7月，郊区李家庄公社太湖石大队撤销，划归城区。12月，北大街人民公社更名为平坦人民公社。

1973年6月，大寨路、文革路、大庆路3个人民公社分别更名为上站、下站、北大街人民公社。

1978年1月，旧街、辛兴、平坦、义井4个公社划归郊区。城区辖上站、下站、北大街3个城市人民公社。

1980年8月，城市人民公社建制撤销，城区恢复街道办事处，辖上站、下站、北大街、南山路、义井、娘子关6个街道；小阳泉生产大队农业人口转为城市户口，由郊区划入城区，并入小阳泉居委会。

1985年8月，娘子关街道更名为坡底街道。

2017年5月1日，城区整建制托管郊区义井镇及所辖行政村。

2021年1月，坡底街道撤销，原隶属于坡底街道的娘电社区划归义井街道管辖。

截至2025年底，城区托管1个镇、12个行政村，辖5个街道、53个社区。

根据全国1%人口抽样反馈数据，2025年全区常住人口为21.8万人。