越秀区是广州中最古老的中心城区。秦统一中国后，设南海郡，郡尉任嚣选中了白云山与珠江之间一块负山阻海的地域（在今越秀区域内）作郡治，于公元前214年筑起番禺城（番禺城的遗址就在越秀区内）。此后，沧海桑田，珠江江岸南移，内湖湮没，河涌淤寒，冲积平原不断增大，番禺城在其后各个历史朝代亦不断扩展，如汉代西拓其城，宋代四次扩城（筑子城、东、两翼城和雁翅城），明代跨越秀山筑新城建十三门以及清代临江砌新城等等。
越秀区在近代的区划基本没多大变化，在1840--1949年间，历史建设，人民运动有许多。
民国14年（1915）9月中华全国总工会从大德路迁入这幢房子办公。民国15年5月，第三次全国劳动大会和第二次广东省农民代表大会在广州联合召开，决定在此幢房子前院左右两侧建“廖仲恺先生纪念碑”和“工农运动死难烈士纪念碑”各1座。
民国16年（1927）5月，中华全国总工会北迁汉口，这里改为中华全国总工会广州办事处，位于东堤挹翠路与东园路交界处。原是清末广东水师提督李准的花园别墅，名“东园”，面积2.5万平方米。辛亥革命后，曾改为民众游乐场，省港罢工期间，是省港罢工委员会所在地。
越秀区之名始于1950年6月24日（由原西山、德宣和小北3个区合并而成，其范围相当今越秀北部），因区内有羊城名胜越秀山而得名。1952年9月24日越秀区与永汉区（部分）、惠福区（部分）合并，称为北区（其范围相当今越秀区的惠福东、西路以北和东山区西南部）。1960年7月北区与中区的东部合并，统称为越秀区，次年8月，越秀区的东南部划入东山区后，越秀区的辖区沿袭至2005年初。
1949年10月14日，广州解放。同年12月，广州划为28个区并分别成立区人民政府，今越秀区范围有如下7区：西山区、德福区、靖海区、小北区（大部分）、太平区（部分）和永汉区（部分）。
1950年6月广州28个区合并为16个区，今越秀区范围含当时德越秀区（今越秀区北部）、惠福区、太平区（部分）和永汉区（部分）。
1952年9月，广州重新划分城、郊各区，市统辖东、南、西、北、中、郊和珠江7个区，今越秀区范围，是当时的北区（绝大部分）和中区（一部分）。
1960年7月，中区的8个街道（太平、德成、大新、诗书、一德、解放南、大南、泰康）并入北区，北区改称为越秀。后把永汉南、珠光、德政南、大塘、芳草5个街道划归东山区管辖。
2005年4月28日，国务院批准（国函[2005]35号）：撤销广州市东山区；将原东山区的行政区域，白云区的矿泉街道，天河区的登峰街道、天河南街道的杨箕和中山一2个居委会、沙东街道部分区域划归越秀区管辖。越秀区人民政府驻越华路。对新组建的越秀区和荔湾区的部分边界线进行了调整。
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