1954年3月6日，西宁市人民政府决定将原第二区改为城西区。1957年12月，撤销城西区，其所辖乡归西宁市直辖。1960年4月，撤销城中区，在市区设立城西区和城东区，均为县级，城西区驻小桥。1961年与城东区合并设立城区。1963年3月，恢复县级城西区，驻五四大街。
城西区面积72.9平方千米，人口18万人。辖6个街道、2个乡：西关大街街道、胜利路街道、兴海路街道、南川西路街道、古城台街道、虎台街道、沈家寨乡、彭家寨乡。区政府驻五四大街。（根据《政区大典》整理，1996年左右资料）
1999年末，城西区面积83平方千米，人口193337人（根据青海省志）。区政府驻五四东路。
？年，撤销沈家寨乡，并入南川西路街道、虎台街道。调整后，城西区辖6个街道、1个镇：西关大街街道、古城台街道、虎台街道、胜利路街道、兴海路街道、南川西路街道、彭家寨镇。
2000年第五次人口普查，城西区总人口225412人，其中：西关大街街道37844人、古城台街道33245人、虎台街道52036人、胜利路街道20196人、兴海路街道29210人、南川西路街道37406人、彭家寨镇15475人。
2001年末，城西区辖6个街道、1个镇，30个社区、18个行政村。2003年末，城西区总人口212152人，辖6个街道、1个镇，共有30个社区、18个行政村。
2008年，将城南新区的南川西路街道行政区域（26平方千米）划归城中区管辖。