夏商時期，今海南地區為渠搜、鬼方民族游牧地。
西周至春秋時期，今海南地區為獫狁游牧部落地。
戰國中期（約前314年），今海南地區為樓煩、林胡等游牧部落所據。
楚漢相爭時期，北地郡所轄的今海南地區成為匈奴的游牧地。
西漢初年，在北地郡地域設朔方郡（郡府治所在今鄂爾多斯市杭錦旗獨貴塔拉一帶），今海南區屬朔方郡沃野縣轄地。
三國時期，五原、朔方、西河、上郡、北地等郡地淪為匈奴的游牧地，繼之多個少數民族進入這一地區。
東晉大興二年（319年），今海南地區為后趙所轄。
永和九年（350年），氐族苻洪建立前秦，今海南地區為前秦所統。
隋大業三年（607年），把所置州改為郡，其時海南地區屬靈武郡的靈武縣管轄。
隋末，今海南地區成為突厥的游牧地。
唐貞觀元年（627年），將全國行政區劃為十道，道以下設州、郡、縣建制。
關內道所轄的靈州，承隋朝靈武郡轄地，領黃河由南向北東岸狹長地帶，擁有今鄂爾多斯市鄂托克旗西部及烏海市海南地區。
西夏時期，建都興慶府（今銀川市），今海南地區屬西夏國轄地。
元朝時期，行政統屬地以行省建制，省下轄路、府、州、縣四級政權，今海南地區屬甘肅行省寧夏府管轄。
明洪武八年（1375年），明軍將河南王擴廓帖木爾部打敗，收復河南地，其后在收復的河南地域設置衛所，今海南地區屬寧夏衛轄境，隸陜西統領。
明朝后期，今海南地區皆入鄂爾多斯部。
清統一之后，對內蒙古地區實行蒙旗建制，今海南地區屬鄂爾多斯右翼中旗（今鄂托克旗）管轄。
民國元年（1912年），中華民國政府將歸綏道改為歸綏觀察使，行政權統轄，仍以盟旗舊域為界。
民國二年（1913年），今烏海市海南地區屬綏遠特別行政區管轄。
民國十九年（1930年），綏遠省政府在黃河以東，今鄂爾多斯市鄂托克旗地區建立沃野設置局，今海南地區為沃野轄地。
民國二十六年（1937年），將沃野縣及沿河地域劃歸寧夏回族自治區（今寧夏回族自治區），更名陶樂縣，今海南地區屬寧夏回族自治區陶樂縣轄地。
1949年10月1日，中華人民共和國成立后，今海南地區屬伊克昭盟鄂托克旗第三區（今鄂爾多斯市鄂托克旗阿爾巴斯蘇木）。
1952年12月，寧夏回族自治區同意將陶樂縣境巴音陶亥鄉的渡口村和雀兒溝以北、三道坎至王元地區域劃規內蒙古自治區管轄。
1954年12月23日，中共伊克昭盟委員會研究決定，建立伊克昭盟人民政府桌子山礦區辦事處。
1956年6月1日，在籌委會工作的基礎上，正式成立伊克昭盟人民委員會駐桌子山礦區辦事處，駐地拉僧廟。
1958年1月28日，原桌子山礦區辦事處撤銷，桌子山礦區人民委員會成立。
同年9月1日，伊克昭盟行政公署決定將礦區人民委員會委托鄂托克旗領導。
1959年4月，經內蒙古自治區人民委員會批準改變隸屬關系，劃規伊克昭盟管轄，改為縣級建制。
同年，寧夏回族自治區劃巴音陶亥農場和3個生產隊歸內蒙古自治區伊克昭盟鄂托克旗管轄。
1961年7月9日，經國務院批準，建立海勃灣市，駐地海勃灣，為伊克昭盟縣級直轄市。
撤銷桌子山礦區人民委員會，其區域為：東至鄂托克旗阿爾巴斯蘇木千里山以西，南至鄂托克旗巴音陶亥鄉原界石嘴山渡口，北至杭錦旗交界達勒更溝距離黃河以東12千米處，西以黃河為界，南北長約100千米，東西寬約40千米，總面積約為4000平方千米。
1975年8月30日，國務院決定撤銷烏達市和海勃灣市，設置烏海市。
1976年1月10日，烏海市革命委員會正式成立，轄烏達、海勃灣、拉僧廟（今海南區）3個辦事處。
1979年12月13日，烏達、海勃灣、拉僧廟3個辦事處改為3個區，執行國家縣一級行政機構的職能。
同時，拉僧廟辦事處更名為海南區。
1997年4月，伊克昭盟（今鄂爾多斯市）巴音陶亥鄉劃歸海南區。