1949年3月在海淀区现辖区域内正式设置单一行政区域，当时称“北平市第十六区”。后两次更名，于1952年9月1日命名为“海淀区”。
1999年，设立花园路街道、西三旗街、马连洼街道、田村路街道、上地街道。
2000年第五次人口普查，海淀区总人口2240124人，其中：万寿路街道148159人、永定路街道37394人、羊坊店街道110193人、甘家口街道111596人、八里庄街道83519人、紫竹院街道134330人、北下关街道131720人、北太平庄街道136244人、双榆树街道50211人、学院路街道157065人、中关村街道58367人、海淀街道108635人、青龙桥街道78664人、清华园街道49072人、燕园街道36706人、香山街道35690人、清河街道71862人、田村路街道45429人、花园路街道130059人、西三旗街道88954人、上地街道10894人、马连洼街道66622人、温泉镇31537人、玉渊潭乡41226人、四季青乡88643人、海淀乡34878人、东升乡34533人、东北旺乡36519人、永丰乡30363人、上庄乡25138人、苏家坨乡18697人、北安河乡13031人、聂各庄乡4174人。
2001年9月10日，经市政府研究，同意海淀区关于城乡结合部乡镇行政区域调整的意见：撤销四季青乡，设立四季青镇；在东升乡设立东升地区办事处，与东升乡实行“一套人马，两块牌子”；在海淀乡设立万柳地区办事处，与海淀乡实行“一套人马，两块牌子”；撤销玉渊潭乡，将其所辖区域划归毗邻街道办事处管辖。
2002年，据北京市政府《关于海淀区城乡结合部乡镇行政区划调整的批复》精神，海淀区完成对万柳、东升两个地区办事处行政区域管辖范围的重新划分工作；将原有的1053个居（家）委会调整为579个社区。2002年11月，区机关由临时驻地皇苑大酒店迁至位于长椿桥路17号的新办公大楼。
2002年末，海淀区总面积430.77平方千米。人口167.6万人。辖22个街道、2个镇、9个乡（其中2个乡同时设地区办事处）：万寿路街道、永定路街道、羊坊店街道、甘家口街道、八里庄街道、紫竹院街道、北下关街道、北太平庄街道、双榆树街道、学院路街道、中关村街道、海淀街道、青龙桥街道、清华园街道、燕园街道、香山街道、清河街道、花园路街道、西三旗街、马连洼街道、田村路街道、上地街道、万柳地区（海淀乡）、东升地区（乡）、温泉镇、四季青镇、玉渊潭乡、东北旺乡、永丰乡、上庄乡、苏家坨乡、北安河乡、聂各庄乡。共有573个社区、88个行政村。区政府驻西三环长椿桥路17号。
2003年，撤销东北旺乡、永丰乡，合并设立西北旺镇；撤销苏家坨乡、北安河乡、聂各庄乡，合并设立苏家坨镇；撤销上庄乡，设立上庄镇。2004年12月16日，曙光街道办事处正式挂牌成立。
2004年末，海淀区辖23个街道、5个镇、2个乡（地区）：万寿路街道、永定路街道、羊坊店街道、甘家口街道、八里庄街道、紫竹院街道、北下关街道、北太平庄街道、双榆树街道、学院路街道、中关村街道、海淀街道、青龙桥街道、清华园街道、燕园街道、香山街道、清河街道、花园路街道、西三旗街、马连洼街道、田村路街道、上地街道、万柳地区（海淀乡）、东升地区（乡）、曙光街道、温泉镇、四季青镇、西北旺镇、苏家坨镇、上庄镇。
2011年根据《北京市民政局关于调整海淀区七个乡镇行政区划的批复》（京民划函[2011]317号）：撤销海淀乡、东升乡，设立海淀镇、东升镇，并分别保留万柳地区办事处、东升地区办事处。在温泉镇、四季青镇、西北旺镇、苏家坨镇、上庄镇5个镇设立地区办事处，实行“一套人马，两块牌子”，同时行使街道、镇职权。（2011年11月，温泉等5个镇正式挂牌成立地区办事处；2012年2月23日正式撤销海淀乡，设立海淀镇）
