Quận Hai Bà Trưng nằm trên nền đất xưa vốn thuộc các tổng Hậu Nghiêm (sau đổi là Thanh Nhàn), Tả Nghiêm (sau đổi là Kim Liên), Tiền Nghiêm (sau đổi là Vĩnh Xương), huyện Thọ Xương, một số tổng của huyện Thanh Trì và vùng thái ấp của thượng tướng Trần Khát Chân từ Ô Cầu Dền (đầu đường Trần Khát Chân) đi xuống hết Bạch Mai, tới các phường có tên Mai (Mai Động, Tương Mai nay thuộc quận Hoàng Mai).

Trước năm 1961, địa bàn quận cùng với Bạch Mai, Mai Động, Hoàng Mai đều thuộc quận VII.

Năm 1961, địa bàn quận trở thành khu Hai Bà Trưng.

Tháng 6 năm 1981, khu phố Hai Bà Trưng chuyển thành quận Hai Bà Trưng, gồm 22 phường: Bạch Đằng, Bách Khoa, Bạch Mai, Bùi Thị Xuân, Cầu Dền, Đống Mác, Đồng Nhân, Đồng Tâm, Giáp Bát, Lê Đại Hành, Minh Khai, Ngô Thì Nhậm, Nguyễn Du, Phạm Đình Hổ, Phố Huế, Quỳnh Lôi, Quỳnh Mai, Thanh Lương, Thanh Nhàn, Trương Định, Tương Mai, Vĩnh Tuy.

Ngày 13 tháng 10 năm 1982, thành lập phường Mai Động trên cơ sở thôn Mai Động và xóm Mơ Táo của xã Hoàng Văn Thụ thuộc huyện Thanh Trì.[4]

Ngày 14 tháng 3 năm 1984, chia phường Giáp Bát thành 2 phường: Giáp Bát và Tân Mai.[5]

Ngày 26 tháng 10 năm 1990, chuyển xã Hoàng Văn Thụ thuộc huyện Thanh Trì về quận Hai Bà Trưng quản lý và chuyển thành phường Hoàng Văn Thụ.

Đầu năm 2003, quận Hai Bà Trưng có 25 phường: Bạch Đằng, Bách Khoa, Bạch Mai, Bùi Thị Xuân, Cầu Dền, Đống Mác, Đồng Nhân, Đồng Tâm, Giáp Bát, Hoàng Văn Thụ, Lê Đại Hành, Mai Động, Minh Khai, Ngô Thì Nhậm, Nguyễn Du, Phạm Đình Hổ, Phố Huế, Quỳnh Lôi, Quỳnh Mai, Tân Mai, Thanh Lương, Thanh Nhàn, Trương Định, Tương Mai, Vĩnh Tuy.

Tháng 1 năm 2004, 5 phường: Tương Mai, Tân Mai, Mai Động, Giáp Bát, Hoàng Văn Thụ chuyển sang trực thuộc quận Hoàng Mai[6]

Quận Hai Bà Trưng còn lại 20 phường: Bạch Đằng, Bách Khoa, Bạch Mai, Bùi Thị Xuân, Cầu Dền, Đống Mác, Đồng Nhân, Đồng Tâm, Lê Đại Hành, Minh Khai, Ngô Thì Nhậm, Nguyễn Du, Phạm Đình Hổ, Phố Huế, Quỳnh Lôi, Quỳnh Mai, Thanh Lương, Thanh Nhàn, Trương Định, Vĩnh Tuy.

Ngày 11 tháng 2 năm 2020, sáp nhập phường Bùi Thị Xuân và một phần diện tích và dân số của phường Ngô Thì Nhậm vào phường Nguyễn Du; sáp nhập phần còn lại của phường Ngô Thì Nhậm vào phường Phạm Đình Hổ.[7]

Quận Hai Bà Trưng có 18 phường như hiện nay.