戰國時，今廣元市昭化區境域為蜀王領地。蜀王開明尚封其弟為苴侯，以葭萌（今昭化土基壩，時名“吐費”）為都邑。秦惠文王更元九年（公元前316年），秦趁蜀王伐苴之機進攻蜀國並滅蜀、巴。後又以蜀侯國苴都邑葭萌為治地建置葭萌縣（一說具體置縣時間為秦昭襄王二十二年即公元前285年）。西漢高祖六年（前201年），析葭萌縣北境置白水縣。東漢獻帝建安二十二年（公元217年），蜀漢劉備改葭萌縣置漢壽縣。西晉武帝太康元年（280年），改漢壽縣置晉壽縣。東晉穆帝永和三年（347年），析晉壽縣西境置劍閣縣。東晉孝武帝太元十五年（390年），在晉壽縣治地置晉壽郡，析晉壽縣東北境置興安縣，治綿谷（今廣元市利州區嘉陵街道辦事處）；改晉壽縣為益昌縣，治今廣元市利州區赤化（又名白田壩）；廢劍閣縣，部分境域入益昌縣。東晉安帝時，析益昌縣南境置晉安縣（治今丁家鄉境玉羅壩）。
南北朝時齊明帝永泰元年（498年），改晉壽郡為西晉壽郡，在興安縣置東晉壽郡，又置西益州。西魏廢帝元欽二年（553年），廢西晉壽郡，改益昌縣為京兆縣，治今昭化鎮；次年，改西益州為利州。北周孝閔帝元年(557年)，改京兆縣仍為益昌縣，改東晉壽郡為晉壽郡。隋文帝開皇三年（583年），“遂廢諸郡”，罷利州所領之晉壽郡；隋開皇十八年（598年），以綿谷居交通要道，又是興安縣治所，遂
改興安縣為綿谷縣，改晉安縣為葭萌縣。後唐莊宗同光三年(925年),改益昌縣為益光縣;長興四年（933年），廢景谷縣（治今青川縣沙州鎮境）入益光縣。北宋太祖乾德五年（967年）復改益光縣為益昌縣；開寶五年（972年）再改益昌縣為昭化縣。元世祖至元十四年（1277年）取《易經》“大載乾元”及元“德威廣播，疆土廣大”之意，置廣元府路，廢葭萌縣入昭化縣。明太祖洪武四年（1371年），仍置廣元府。洪武九年（1376年），降廣元府為廣元州，省綿谷縣入州，屬四川布政使司。洪武十年（1377年），又省昭化縣入廣元州。洪武十三年（1380年）十一月，復置綿谷縣和昭化縣。洪武二十二年降廣元州為廣元縣，廢綿谷縣，仍置昭化縣，屬保寧府。清沿明制，廣元縣、昭化縣仍置，屬川北道保寧府。中華民國時期，廣元、昭化兩縣仍置。民國元年（1912年），裁川北道，兩縣屬保寧府；民國2年，廢府複道，兩縣屬川北道；民國3年，更川北道為嘉陵道，廣元、昭化兩縣同屬嘉陵道。
1933年7月23日，紅四方面軍在今元壩鎮建立嘉陵縣蘇維埃。1949年12月14日和15日，中國人民解放軍先後解放廣元和昭化；12月15日，廣元縣和昭化縣人民政府成立。1950年3月19日，劍閣專署成立，廣元縣、昭化縣屬之。1952年12月劍閣專署改稱廣元專署。1953年3月撤廣元專署，兩縣又隸屬綿陽專署。1959年3月22日國務院正式批准昭化縣併入廣元縣。1985年2月，國務院批准設廣元市，撤廣元縣，建廣元市市中區，並將原綿陽地區的旺蒼、青川、劍閣3縣劃歸廣元市管轄；1985年9月國務院批覆將南充地區的蒼溪縣劃歸廣元市管轄。
1986年11月在廣元市市中區內撤昭化、虎跳、王家區，所轄鄉鎮劃歸廣元市市中區衛子區（時稱“衛子大區”）。其時，“衛子大區”轄24鄉2鎮（虎跳鎮、昭化鎮）；1987年5月19日，經省人民政府批准，撤衛子鄉建衛子鎮；1989年2月18日，廣元市市中區中心區的元壩鎮、
柳橋鄉劃歸衛子區管轄，其時，“衛子大區”轄24鄉4鎮（虎跳鎮、昭化鎮、衛子鎮、元壩鎮）。
經國務院批准，國家民政部於1989年8月15日批覆，撤銷廣元市市中區衛子區，建元壩區，屬廣元市。區治由衛子鎮遷至今元壩鎮（先治桂花村，2012年6月遷到元壩村）。1993年4月，蒼溪縣小新鄉劃入同市的元壩區，同時撤銷磨灘鄉（由原觀音鄉易名）和小新鄉，建磨灘鎮。歷經1992年至1995年的鄉鎮撤併，還先後撤銷王家鄉、柏林溝鄉、太公鄉、紅巖鄉，分別建王家鎮、柏林溝鎮、太公鎮、紅巖鎮。
2001年7月，境內原廣旺礦務局所屬的揀銀巖煤礦被批准破產，其所屬的640號礦井區、輕管所2個居委會經市人民政府2002年9月批覆，移交廣元市元壩區管理，並劃柳橋鄉揀銀巖村與其一起建揀銀巖社區街道辦事處。2009年12月2日，四川省人民政府批覆，設揀銀巖街道辦事處，揀銀巖社區街道辦事處撤銷（川府民政[2009]17號）。2009年1月7日，省民政廳制發川府民政[2009]1號批覆並經廣元市人民政府1月8日以廣府函[2009]3號轉復，將利州區（原廣元市市中區）榮山鎮權壩村7、8、9社劃歸元壩區元壩鎮管轄，設泉壩村。經國務院批准，2013年3月12日民政部制發《關於同意四川省廣元市元壩區更名為昭化區的批覆》(民函〔2013〕84號)，四川省人民政府於2013年4月1日批覆廣元市人民政府《關於同意廣元市元壩區更名為昭化區的批覆》(川府函〔2013〕100號)，市政府於2013年4月17日製發《關於同意四川省廣元市元壩區更名為昭化區的批覆》(廣府函〔2013〕62號)。2013年4月28日，廣元市昭化區四大班子掛牌。2015年9月14日，區人民政府根據川府民政[2015]16號和廣府函[2015]107號文件精神，制發昭府函[2015]108號文件即《關於調整明覺鄉、石井鋪鄉行政區劃的通知》，兩鄉撤鄉設鎮，其管轄區域不變。明覺鎮黨委政府駐明覺社
區教師街76號，石井鋪鎮黨委政府駐石井鋪社區政府街1號。
至2016年底，廣元市昭化區轄11鎮（元壩、昭化、衛子、虎跳、磨灘、王家、太公、紅巖、柏林溝、明覺、石井鋪）、17鄉（柳橋、紫雲、梅樹、晉賢、文村、清水、張家、香溪、陳江、青牛、丁家、黃龍、白果、射箭、大朝、沙壩、朝陽）、1個街道辦事處（揀銀巖街道辦事處），共212個村、24個居委會，1413個村民小組、65個居民小組(含昭化鎮坪霧村4個組、擺宴村4個組和坪霧居委會2個居民小組）。中共廣元市昭化區委、廣元市昭化區人民政府駐元壩鎮。
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