Современный Витебский район входил в состав Полоцкого княжества (IX-XI вв.), Витебского княжества (XII-XIV вв.), ВКЛ и Речь Посполитая (XIV в. - 1772 г.) (удельное Витебское княжество (1320-1393 гг.), наместничество (1393-1503 гг.), Витебское воеводство, Витебское наместничество (1503-1566 гг.), Витебское воеводство, Витебский и Суражский поветы (1566-1772 гг.)), России и советской власти (1772-1924 гг.) (Губерния-уезды. Псковская губерния (1772-1776 гг.), Полоцкая губерния (1776-1778 гг.), Полоцкое наместничество (1778-1796 гг.), Белорусская губерния (1796-1802), Витебская губерния (1802-1924). Витебский (1772-1924 гг.) и Суражский уезды (1777—1796 и 1802—1866 гг.)).
В марте 1924 г. Витебский и Суражский уезды Витебской губернии вошли в состав БССР.
17 июля 1924 г. на территории БССР было упразднены губернии-уезды-волости и образованы округа, которые делились на районы. Вместо Витебской губернии был образован Витебский округ. Были образованы Северо-восточный Витебский (ц. Зароново), Южный Витебский (ц. Витебск) и Суражский (ц. Сураж).
30 сентября 1924 года Северо-восточный Витебский район был переименован в Лосвидский с центром на ст. Лосвида, а с 11 декабря 1924 года — в Кузнецовский район.
26 марта 1927 года Кузнецовский и Южный Витебский районы был объединены в единый Витебский район.
26 июля 1930 года Витебский округ был упразднен, районы были переданы в прямое подчинение БССР.
15 февраля 1931 года Витебский район был упразднен. Часть сельсоветов Витебского района перешла в подчинении Витебского городского совета, а остальные населенные пункты были переданы в соседние районы.
27 июля 1937 года Витебский район был восстановлен с подчинением непосредственно БССР.
В начале 1938 года была образована Витебская область, в которую вошли в том числе Витебский и Суражский районы.
Развитие Витебского и Суражского районов было прервано начавшейся войной.
В 1941—1944 годах в Витебском и Суражском районах (в современных границах Витебского района) оккупантами были уничтожены и сожжены 537 населенных пунктов. Из них 14 населенных пунктов с населением уничтожены, не восстановлены, увековечены на мемориальном комплексе "Хатынь" и 23 населенных пунктов с частью населения уничтожены, не восстановлены.
На освобождённой территории, начиная с осени 1943 года, советским органам власти довелось решать самые неотложные задачи по созданию условий для жизни и даже самого выживания населения.
15 февраля 1949 года Витебскому району был передан Королевский сельсовет Лиозненского района.
24 августа 1951 года Витебскому району был передан Октябрьский сельсовет Лиозненского района.
20 января 1960 года Указом Президиума Верховного Совета БССР Суражский район был упразднен и его сельские советы, в большинстве, переданы в состав Витебского района, Богушевский район упразднен и его 2 сельсовета (Замосточский и Осиновский) переданы в состав Витебского района.
25 декабря 1962 года в состав Витебского района вошла часть упразднённого Шумилинского района и 2 сельсовета из состава Бешенковичского района, один сельсовет и два городских посёлка (Сураж и Яновичи) передан Лиозненскому району.
22 января 1963 года один сельсовет Витебского района был передан Лиозненскому району.
12 февраля 1965 года 2 сельсовета Витебского района были переданы Бешенковичскому району.
30 июля 1966 года 4 сельсовета были переданы вновь созданному Шумилинскому району.
2 августа 1966 года все территории, которые были переданы в Лиозненский район в начале 1960-х гг., были возвращены Витебскому району.
В 1966 году окончательно сформировались современные внешние границы Витебского района.
27 декабря 1990 года был образован Туловский сельсовет.
29 апреля 2004 года упразднён Замосточский сельсовет.
На данный момент Витебский район состоит из 15 сельсоветов: Бабиничский, Вороновский, Вымнянский, Задубровский, Зароновский, Запольский, Куринский, Летчанский, Мазоловский, Новкинский, Октябрьский, Суражский, Туловский, Шапечинский, Яновичский. Витебский район состоит из 361 населенных пунктов, в том числе 17 агрогородков, 2 городских поселка: г. п. Яновичи, г. п. Сураж, 4 поселка: Витьба, Светлый, Железнодорожная станция Медвёдка, Железнодорожная станция Заболотинка.
Население Витебского района составляет 34 478 человек (без Витебска, на 1 января 2023 года), в том числе в городских условиях живут 1 357 человек (Сураж — 681 человек, Яновичи — 676 человек).