境内地名娄星区的传说此处为天体28星宿中的“娄星”和“氏星”相会争耀之地，故名。
娄底境域春秋战国时期属楚国。秦置湘南县，辖今双峰、涟源部分地域，属长沙郡。西汉属长沙国。汉高祖五年（公元前202年）置连道，辖今双峰县测水以西至涟源市蓝田等地。西汉建平四年（公元前3年），析湘南县置湘乡县，连双峰、涟源大部分和娄底等县市，属长沙郡。
三国时分属衡阳郡、昭陵郡。吴宝鼎元年（266），析昭陵郡置高平县，今新化县西部属之。西晋、东晋、南朝（宋、齐、梁、陈）分属邵陵郡。隋属长沙郡。唐、五代、宋朝分属潭州、邵州。宋熙宁五年（1072），建置新化县。元代，分属天临路、宝庆路。明分属长沙府、宝庆府。清同明属。新化县成为娄底境内最早的建制县，在宋代隶属邵阳郡，元代属宝庆路，明清属宝庆府。娄底境内的其他县市，双峰一带，秦时属长沙郡的湘南县，汉代以后长期属湘乡县地。涟源一带，秦至东晋时大部分地域分属湘南、连道、湘乡、昭陵等县，北宋以后，其全部地域便长期分属湘乡、邵阳、安化、新化四县。娄星区一带从汉代开始，就一直为湘乡辖地。冷水江一带在宋以前属“梅山蛮”地，宋以后长期属新化县地。
民国元年（1912），属长宝道，民国3年，改为湘江道。民国十一年（1922）取消道制直属湖南省。民国二十九年（1940），分属湖南省第五、第六行政督察区。1949年，新中国成立初期，境域隶属益阳专区和邵阳专区。1950年6月，设立锡矿山矿区（县级），直属邵阳专区；1951年8月，筹建涟源县、双峰县。1952年2月，经国务院批准，湘乡、安化、邵阳、新化4县部分行政区域置双峰县、蓝田县（7月更名涟源县）。11月，两县划属邵阳专区。同年8月，撤销锡矿山矿区，划归新化县管辖。1960年2月，设立娄底市和冷水江市，隶属邵阳专区。1962年10月，撤销冷水江市和娄底市，分别并入新化县和涟源县。1969年10月，国务院批准恢复冷水江市。
1977年9月，经国务院批准，将邵阳地区析置涟源、邵阳两个地区。涟源地区辖新化、新邵、邵东、双峰、涟源5县和冷水江市，地区机关驻娄底镇。同年11月，成立涟源地区革命委员会，1979年3月，改称涟源地区行政公署。1980年7月，国务院批准恢复娄底市，将涟源县的娄底镇和杉山公社的东风、民福大队及西阳公社的方石、水洋大队、百亩公社的思塘大队划入该市行政区域。1982年12月，涟源地区更名为娄底地区。1983年2月8日，国务院批复撤销娄底地区的娄底市和双峰、涟源县划归湘潭市管辖；冷水江市和邵东、新邵、新化县划归邵阳市管辖；撤销娄底市，改设为湘潭市娄底区（县级）；撤销冷水江市和邵东、新邵、新化县划归邵阳市管辖；撤销冷水江市，改设为邵阳市冷水江区（县级）。实际并未实施，娄底地区名撤实存。同年7月13日，国务院批准恢复娄底地区及其行政公署，原所辖邵东、新邵两县划归邵阳市管辖，娄底市、冷水江市、双峰县、涟源县、新化县归娄底地区管辖。1987年6月，国务院批准撤销涟源县，设立涟源市，所辖行政区域不变。1999年1月，经国务院批准，娄底撤地设市，原县级娄底市改名为娄星区。所辖娄星区、涟源市、冷水江市、双峰县、新化县行政区划不变。
截至2017年7月，娄底市共下辖一区两市两县，政府驻地娄星区。
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