离石区的建置沿革，可追溯到战国时代。离石区，战国为赵之离石邑。秦属太原郡。西汉置离石县，属西河郡。据唐《元和郡县图志》载："县东北有离石水（今北川河），因取名焉。"东汉永和五年（140年）西河郡治迁此，灵帝末郡县俱废。三国魏黄初二年（221年）复置县。晋属西河国，永兴元年（304年）匈奴左部帅刘渊起兵反晋，建北汉政权，置都于离石。后燕置离石护军。北魏明帝置离石镇，北齐天保三年（552年）置昌化县。北周建德六年（577年）县改石州。隋大业初改离石郡。唐武德元年（618年）复改石州，天宝元年（742年）改昌化郡，乾元元年（758年）复改石州。北宋至金，县名俱称离石，属石州。元中统二年（1261年）县入石州，三年（1262年）复置县。明洪武三年1370年）县入石州。明隆庆元年（1567年）蒙古陷城之后署州事太原府同知李春芳因石、失石音相同，嫌其不祥改为永宁州。民国元年（1912年）改永宁县，民国3年（1914年）复改离石，民国7年（1918年）三月分设离石、方山二县，民国30年（1941年）析置离东县，民国35年（1946年）并入离石。新中国建立后，离石县属兴县专区。

    1952年撤销兴县专区后，划归榆次专区（后改晋中专区）。1954年离石、方山合并，县名改离山县。1958年离山、中阳合并，县名复改离石。1971年5月吕梁地区成立后，原离石县迁驻柳林，新置离石郊区。10月，离石县改为柳林县，离石郊区恢复为离石县,离石县城成为吕梁地区驻地。1996年5月离石撤县改市，离石县改为离石市。2004年6月吕梁地区撤地改市，离石市更名为离石区，属吕梁市管辖。