石炭井区位于石嘴山市市境西部、贺兰山北麓。明代称这里为“上迭里口”，蒙语音译为产石炭的地方。民间称此为石炭沟，1941年改今名。原为平罗县辖地。
1960年7月，在此成立了平罗县大武口镇，驻石炭井。1963年，大武口镇划归石炭井管辖。1968年，大武口镇驻地迁到大武口，石炭井设立石炭井街道办事处，为镇里派出机构。
1970年，石炭井从大武口镇分出，撤销街道办事处，组建为石嘴山市石炭区。1973年6月，石炭区更名为石炭井区。8月，银北地区成立，石炭井区划归银北地区直管。
1975年，银北地区撤销，石炭井区划归石嘴山市管辖，改为石嘴山市第三区。1981年，第三区更名为石炭井区。
石炭井区辖新华北街、新华南街、白芨沟、沟口等4个街道。（* 资料出处：《宁夏现代政区变迁沿革》，冯茂著，宁夏人民出版社，1998年9月第1版，银川）
2000年，石炭井区辖4个街道。总人口60389人，各街道人口： 新华北街街道 21338 新华南街街道 11811 白芨沟街道 19139 沟口街道 8101 （根据第五次人口普查数据；单位：人）
2002年10月19日，国务院批准（国函[2002]96号）调整石嘴山市部分行政区划：撤销石嘴山市石炭井区，划归大武口区管辖。