水磨溝區(qū)域歷史久遠(yuǎn)。秦代至西漢初期，今水磨溝區(qū)區(qū)境為車(chē)師游牧之地。西漢宣帝神爵二年（公元前60年），漢朝統(tǒng)一西域，在烏壘設(shè)西域都護(hù)府，統(tǒng)領(lǐng)西域各國(guó)，今水磨溝區(qū)域歸西域都護(hù)府管轄，正式納入西漢版圖。唐代，水磨溝區(qū)屬輪臺(tái)縣管轄，歸安西都護(hù)府節(jié)制。宋元時(shí)期，區(qū)境屬別失八里行書(shū)省。明代，今區(qū)境先后屬蒙古厄魯特的和碩特部和準(zhǔn)噶爾部。清代，區(qū)境先后隸屬于迪化直隸州、迪化府、迪化縣，并在現(xiàn)六道灣、七道灣建立惠來(lái)堡、屢豐堡，實(shí)行屯田。新中國(guó)成立后，隸屬于烏魯木齊市（1954年前為迪化市）。1956年5月，從烏魯木齊市五區(qū)和烏魯木齊縣一區(qū)各劃出一部分成立水磨溝工礦區(qū)。1969年又將八道灣鎮(zhèn)劃歸水磨溝工礦區(qū)，1969年更名為水磨溝區(qū)。