衡水市桃城区前身为县级衡水市，由衡水县演变而来。西汉时为桃县地，东汉时曾设桃城驿。桃城得名的历史距今已有2000余年。隋朝开皇十六年，公元596年，始置衡水县，以后历代归属虽屡有变更，而境域大体没变。新中国成立后，衡水县属衡水专区。专员公署驻衡水县城。1952年11月，衡水专署撤销，衡水县划归石家庄专区。1958 年12月，撤销武邑、枣强、冀县，并入衡水县。1960年5月，撤销石家庄专区，衡水县划归石家庄市。1961年5月，衡水县属同年复置的石家庄专区。同年7月，析衡水县并复置冀县(包括原枣强县地)。1962 年3月，又析衡水县复置武邑县，仍属石家庄专区。同年6月，复置衡水专区，衡水县属之。1982年1月，衡水镇从衡水县划出，建立县级衡水市，隶属衡水地区。1983年3月，衡水县撤销，辖区并入衡水市。1996年7月，衡水地区撤销，设立地级衡水市。原县级衡水市改为桃城区。2011年桃城区彭杜乡划归衡水市滨湖新区管理。2012年桃城区大麻森乡划归衡水市工业新区管理。2016年成立河北省衡水市桃城区高新技术产业开发区。

桃城区位于衡水市中心地带，界于东经115°25′17"－115°51′12"、北纬37°36′10"－37°49′55"之间。南北长25千米，东西宽35千米，面积591平方公里（含衡水高新区、衡水滨湖新区）城区面积45.8平方千米，距天津市203千米，西至河北省会石家庄市110千米，东到山东省德州市60千米。全区辖河西、河东、路北、中华大街4个街道，郑家河沿、赵圈、邓庄3个镇，何庄乡1个乡，共辖51个社区、221个村。

桃城区近临京、津、石等大中城市，地理位置优越，交通便利。铁路交通，京九铁路石德铁路在城区交汇，形成铁路交叉黄金十字。衡水站为京九铁路京南第一大站。是石德线联接京广、京沪、京九三条铁路大动脉的中心枢纽。公路交通，北京至广州的106国道纵贯市区，石黄、石青高速公路穿境而过。各级公路交织成网、四通八达。城区通讯发达，程控电话和移动通讯直全国各地和180多个国家和地区。各种通讯设施完备，性能良好，服务项目齐全。