自西魏至元代的700多年间，游仙区境内曾置有“魏城”和“盐泉”两个县。魏城县自西魏建县至元初裁撤，历时730年。据《隋书·地理志》、唐《元和郡县图治》、清嘉庆版《四川通志》等书记载，西魏废帝二年分涪县地新置魏城县，在今游仙区盐泉镇（玉河场），属巴西郡。据北宋《太平寰宇记》：“西魏于涪县置潼州，故析潼州之北部立为魏城县。”因是西魏所建之县城，故名魏城县。北周沿袭西魏建置不变。

隋文帝开皇三年（583年），魏城县改隶潼州。开皇五年（585年），改隶绵州。焬帝大业三年（607年），再改隶金山郡。大业十年（614年），县治从玉河场迁至今游仙区魏城镇。据唐《元和郡县图志》载：“（魏城县）本汉涪县地，隋大业十年自盐泉井移魏城县理此”。唐代和五代唐、后蜀时期，魏城县隶属于绵州。宋代魏城县仍隶绵州（巴西郡）。元世祖至元二十年（1283年），魏城县撤销并入绵州。

1976年2月，建立绵阳市（县级），区境隶属原绵阳市辖区地，1985年5月，原绵阳市（县级）改为绵阳市中区，治地和原辖地不变，区境亦隶属绵阳市市中区。

1992年11月，经国务院批准，撤销原绵阳市中区，以涪江中心主航道为界，分设游仙区与涪城区2个县级行政区。

2022年，游仙区辖1个省级高新技术产业园区、1个经济试验区、3个街道、8个镇。区政府驻游仙区一环路东段139号。

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