《輿圖志》記述:屯留夏代屬冀州。
商、周時代為黎侯領地。
《左傳》宣公十六年(前593)和襄公十八年(前555)春,分別有“晉人滅赤狄潞子國,留吁歸晉,改稱純留”。“晉人執孫蒯于純留”的記述,說明西周末期及春秋時期屯留為潞子國領地,稱為留 吁,歸晉后又稱純留。
《史記·趙世家》記述:“(趙)肅侯元年(前349)奪晉君端氏,徙處(晉君)屯留”。說明戰國時期才稱為屯留。
西漢時,置屯留、余吾兩縣,都屬上黨郡。
東漢時,余吾并入屯留。
三國、魏、晉時,都沿襲東漢的建制。
北魏景明元年(500)分置屯留、寄氏兩縣,皆屬上黨郡。不久,寄氏又并入屯留。
北齊時,取消屯留建制,將屯留并入長子。
隋開皇十六年(596),恢復屯留建制,仍屬上黨郡。
唐、五代時,沿襲隋代建制,改屬潞州府。
宋建中靖國元年(1101),屬河東路(故平陽府,今臨汾)隆德府(潞安府)。
元至元三年(1266)屯留并入襄垣,后于襄垣分治,皆屬潞州府。
明嘉靖八年(1529)至清,屯留都屬潞安府。
民國初年屯留屬冀寧道,后屬長治專員公署。
抗日戰爭時期屬太岳區,1941年2月劃分屯留、漳西兩縣,1942年3月改劃分屯留、襄漳(漳西、襄西兩縣合并為襄漳縣)兩縣。1945年9月全縣解放,恢復屯留建制,屬長治地區。
中華人民共和國成立后,屯留屬晉東南專署。1958年與長子縣合并為屯長縣,屬晉東南地區。1961年,屯長縣撤銷,重置屯留縣,仍屬晉東南地區。1985年5月,實行市管縣,撤銷晉東南地區,屯留歸屬長治市。
2018年6月19日,國務院關于同意山西省調整長治市部分行政區劃的批復(國函〔2018〕87號),撤銷屯留縣,設立長治市屯留區,以原屯留縣的行政區域為屯留區的行政區域,屯留區人民政府駐麟絳鎮東大街51號。2018年9月30日,山西省第十三屆人民代表大會常務委員會第五次會議通過,經國務院批準,撤銷屯留縣,設立長治市屯留區,以原屯留縣行政區域為新設屯留區的行政區域。同年11月23日,長治市屯留區正式掛牌成立。