天河區歷史上有沙河、東圃鎮，清代屬番禺縣陸步司管轄，民國時基本屬番禺縣第四區管轄。建國後，轄區多次變更:沙河地區先後隸屬於沙河區、石牌區、埕埒洋區、白雲區、東區、郊區；東圃鎮先後隸屬番禺區、郊區、黃埔區。6月1956之後，轄區壹度屬於廣州郊區。5月1960，2月1973，東圃鎮兩次劃歸黃浦區。6月1973至5月1985建區前，各區均屬廣州郊區。
1985年5月24日，天河區經國務院批準成立，脫離廣州郊區，成為廣州市管轄的行政區域。新區建成時只有兩鎮三街:沙河區(鎮)(含通河鄉、井西鄉)、東圃區(鎮)、沙河街、五山街、員村街。當時面積102.5平方公裏，人口20.04萬。
自那時以來，這壹管轄權經歷了許多變化。1987年9月，同和鎮(由同和鄉、京溪鄉組成)劃歸白雲區管轄。1992年4月，楊集村由東山區劃歸天河區。1994年2月，原市農工商聯合總公司鳳凰農工商公司下屬的克木郎、魚沙灘兩個行政村劃歸天河區。1994年8月，東沙村(自然村)二隊從東山區調到天河區。2000年9月，廣州市新塘農工商公司所屬的新塘、木皮、唐靈、榆樹四個行政村移交給天河區。2005年6月7日，登峰街道、楊集村劃歸越秀，新塘街道榆樹村劃歸蘿崗區。
隨著天河區城市化的發展，城郊村逐漸由行政村轉變為行政街。2002年2月，沙河、東浦鎮被撤銷。
天河區委、天河區人民政府辦公地址三次變更:廣州市環市東路運河南街1985，1987，11，遷至石牌天河路533號，6月再次遷至員村1999。
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