铜川，原名“同官”，因与“潼关”同音，治所又设在铜水之川，故更名铜川。
铜川夏、商隶属古雍州。秦属内史地。西汉景帝二年（前155）开始设置县，隶属左冯翊。三国魏时隶属北地郡。北魏太平真君七年（446）设置铜官县，隶属北地郡。北周建德四年（575），铜官县改名同官县，隶属宜州。隋、唐曾隶属雍州、京兆郡。从五代后唐同光三年（925）起，历经宋、金、元、明、清，均隶属耀州。
民国初年，同官属西安府。2年（1913），属陕西省关中道。16年（1927），属关中区。25年（1936）7月，属陕西省第七行政督察区。29年（1940）初，属第三行政督察区。33年（1944）4月，属第二行政督察专员公署。35年（1946）7月，同官改称铜川。36年（1947）10 月，属第三行政督察专员公署。
1948年5月，根据中共路东工委指示，成立同官县政府，归属陕甘宁边区政府领导；11月，归属关中分区行政督察专员公署领导。1949年4月铜川解放，5月，关中分区行政督察专署改为三原分区行政督察专员公署，同官县归其领导。7月7日，县名改称铜川。1950 年5月1日，铜川县改属咸阳分区行政督察专员公署。1953年1月20日，铜川县改属省人民政府直接领导。1958年4月5日，国务院决定，撤销铜川县建制，成立铜川市，归省管辖，11月1日，中共中央批准，撤销富平县、耀县建制，将富平县、耀县的行政区域及宜君县部分地方并入铜川市。1961年8月，中共陕西省委通知，恢复富平县、耀县建制，铜川市改属渭南行政督察专员公署管辖。
1966年8月1日，铜川市改为省辖市。1980年1月1日，将蒲城县的广阳、高楼河、阿庄、肖家堡4个乡和耀县划归铜川市，同年5月1 日，分设县级建制的城区、郊区。1983年10月25日，又将宜君县划归铜川市。1992年7月，创建铜川市新区，1993年11月，经陕西省人民政府批准建设新区并享受省级经济技术开发区的一切优惠政策。2000年3月，经国务院批准，铜川市城区更名为铜川市王益区，铜川市郊区更名为铜川市印台区。
