В 1736 году по предложению Василия Татищева в месте слияния речек Большая Мотовилиха и Малая Мотовилиха был заложен новый медеплавильный завод. Вокруг завода стали расти старые деревни (Мотовилиха, Висим) и возникать новые (Верхняя Ива, Архиерейка, Сухановка).
К началу XIX века местность, на которой располагался сам завод и окружающие его селения, стали называть Мотовилихой. Во второй половине XIX века территория Мотовилихи в полицейском отношении была подчинена городу Перми и стала составлять его особую часть. Это было обусловлено стратегическим значением завода. В это же время заселялась территория между Мотовилихой и Пермью (возникли деревни Костарева и Городские Горки). В конце XIX века Мотовилиха считалась заводским посёлком.
В 1905 году Мотовилиха была одним из крупных центров революционных событий на Урале.
В ночь с 12 на 13 июня 1918 года в 6 верстах от Мотовилихи был убит брат последнего российского императора Николая Второго — великий князь Михаил Александрович Романов.
Летом 1918 года была предпринята первая попытка влить Мотовилиху в состав города Перми, однако она не была успешной.
В 1923 году образован Мотовилихинский район в составе Пермского округа Уральской области. В 1926 году Мотовилиха получила статус города. А в 1927 - Мотовилиха и Пермь были объединены в один город Пермь.
В 1931 году территорию бывшей Мотовилихи выделяют из черты города Перми в самостоятельное городское поселение — город Молотово. Город самостоятельно просуществовал до 1938 года, когда при образовании Пермской области он был окончательно включён в состав Перми в качестве Молотовского района.
В 1940 году Пермь была переименована в Молотов, а район стал официально именоваться «Молотовским районом города Молотов». После возвращения в 1957 году городу Перми исторического названия район был переименован в Мотовилихинский район.
Сейчас на территории Мотовилихинского района выделяют 15 микрорайонов: Архиерейка, Верхняя Курья, Висим, Вышка-1, Вышка-2, Гарцы, Городские Горки, Запруд, Ива, Костарёво, Новый Запруд, Рабочий посёлок, Садовый, Центральный, Язовая.
