清光绪二十六年（1900）东清铁路经此设站，宣统二年（1910）城区初具规模。1983年9月，国务院批准设立四平市铁西区（县级行政单位，同年12月22日吉林省政府批准设立）。以长沈铁路和市内天桥为界限，位于四平市区西侧，故此称为铁西（通称道里）。
1996年由英雄街道划出组建地直街道。至此，铁西区面积94平方千米，人口19.2万人，辖5个街道、2个乡：仁兴街道、英雄街道、地直街道、站前街道、北沟街道、条子河乡、平西乡。区政府驻新华大街。
2000年8月20日，吉林省民政厅（吉民行批[2000]9号）批复同意撤销条子河乡，将其所辖行政区域划归平西乡管辖。至此，铁西区辖5个街道、1个乡：英雄街道、地直街道、站前街道、北沟街道、仁兴街道、平西乡。
2000年第五次人口普查，全区总人口228684人，其中：仁兴街道36234人、英雄街道50111人、站前街道18022人、北沟街道26514人、地直街道48860人、平西乡48943人。
2005年3月4日，吉林省民政厅（吉民行批[2005]7号）批复同意将梨树县十家堡镇的九间房村、团山子村、梨树镇的任家村、西八大村、东八大村、孤榆树村、獾子洞村，大房身乡的海青村、条子河村划归铁西区平西乡管辖。调整后，铁西区面积由101平方千米增加到169平方千米，人口由25万人增加到27万人。
2005年末，铁西区总人口268411人。辖5个街道、1个乡：仁兴街道、英雄街道、地直街道、站前街道、北沟街道、平西乡。共有38个社区（全部是城镇社区）、19个行政村。
2010年第六次人口普查，全区总人口278837人。2010年末户籍总人口27.8万人。
