1980年4月，设烈山区。

1992年，濉溪县宋疃乡划入烈山区，设宋疃镇。

1996年，烈山区辖3街2镇。

2004年，濉溪县撤销马桥乡，并入新蔡镇，同时将新蔡镇划入淮北市烈山区，下辖3镇，5个街道。

2004年底，烈山区辖4个街道、3个镇。

2006年3月，烈山区将原有的3个镇4个街道办事处调整为2个乡镇，5个街道。

濉溪县原赵集乡与原古饶镇合并，成立新的古饶镇，同时划入烈山区。

2007年，进行村级区划调整，由84个改为50个。

2008年进行社区区划调整，将原社区调整为32个，村委会改居委会2个；调整后全区共有社区34个。

截至2021年，烈山区辖5个街道、3个镇。