建国前，区域内基本上属番禺县管辖。建国后，区域曾多次变更，沙河地区先后属广州市沙河区、石牌区、冼猎杨区、白云区、东区和郊区;东圃地区先后属番禺县、郊区和黄埔区。1956年6月后，区域曾一度归属广州市郊区。1960年5月和1973年2月，东圃地区两次转归黄埔区。1973年10月至1985年5月建区前，区域全部属广州市郊区。1984年7月27日，中共广州市委正式发文作出筹建天河区的决定。“天河区”这个名称首次出现在文件上。1985年5月24日，国务院发文同意设立天河区，天河区从此定名。
1985年天河区辖：沙河街、五山街、员村街、车陂街、以及沙河区（镇）（含同和乡、京溪乡）、东圃区（镇）。当时102.5平方公里，20.04万人。
1987年3月，成立石牌街道。9月，同和镇（由同和乡和京溪乡组成）划归白云区管辖。
1990年天河区常住430153人。1991年天河区暂住64694人。
1992年4月，杨箕村从东山区划归天河区。10月9日，设立天河南街道。
1994年2月，原市农工商联合总公司凤凰农工商公司属下的柯木塱、渔沙坦两村划归天河区。8月，沙东村二队（自然村）从东山区划归天河区。
1995年8月11日，设立兴华街道、沙东街道、林和街道。暂住79603人。
1997年11月18日，设立棠下街道。
1999年9月30日，设立天园街道。12月29日，设立冼村街道、猎德街道。
2000年9月，原属广州市新塘农工商公司的新塘、沐陂、凌塘、玉树4个村移交给天河区。年底，天河区辖14个街道、2个镇（沙河镇、东圃镇）。常住532325人，暂住203397人。（以下根据第五次普查数据;单位：人）1109320人，各街道、镇： 五山街道 86900 员村街道 74249 车陂街道 5606沙河街道 48749 登峰街道 79533 石牌街道 134347 沙东街道 32075 天河南街道 57537 林和街道 55735 兴华街道 77415 棠下街道 67188 天园街道 31920 冼村街道 28746 猎德街道 16838 东圃镇 108015 沙河镇 154012
2001年10月，设立黄村街道、元岗街道。
2002年12月，撤销沙河镇，设立龙洞、长兴和凤凰3个街道;撤销东圃镇，设立前进、珠吉和新塘3个街道。12月31日，6个街道正式挂牌成立。年底，天河区辖22个街道（五山 员村 车陂沙河登峰石牌光华沙东林和棠下猎德冼村天园天河南元岗黄村龙洞长兴凤凰前进珠吉新塘）。
2003年1月，新塘街道玉树村划归广州经济技术开发区。年底，天河区辖22个街道（沙河、五山、车陂、员村、石牌、登峰、天河南、林和、沙东、兴华、棠下、猎德、天园、冼村、黄村、元岗、珠吉、新塘、龙洞、长兴、凤凰、前进），147.77平方公里，常住598109人，暂住584926人。
2004年天河区区划一览：辖22个街道。
五山街道：辖 岳洲、茶山、东莞庄、华工、华农、农科院、广工大、华文、白石岗、瘦狗岭、高胜、五所12个社区。
员村街道：辖 新街、华颖、绢麻、怡景、天一庄、金莲、员村二横路、新村、侨颖、员侨、程界西、程界东、东和、美林海岸、新墟、员村四横东、员村四横路、昌乐园18个社区。
车陂街道：辖 东圃、西湖、天雅、龙口、西岸、沙美、东岸、美好、广氮、车陂北10个社区。
沙河街道：辖 左竹园、西街、新一街、先烈东横路、濂泉西、水荫四横路、永福正街7个社区。
登峰街道：辖 下塘、狮带岗、横枝岗、西坑、清水塘、淘金北、黄田、恒福、童心、云泉10个社区。
石牌街道：辖 东城、南苑、华师大
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