Название района происходит от названия местности Голосеево, которая совместно с Демиевкой образует основное ядро района.

Голосеево — местность, расположенная между Добрым Путем, Демиевкой, Теремками, Феофанией и Мышеловкой, охватывая Голосеевский лес и часть застройки вдоль Голосеевского проспекта и ул.Васильковскую.

Упоминается в 1541 году как владение Киево-Печерской Лавры, в 1617 году как хутор Голосеевский. В 1-й половине XVII века, Киевский митрополит Петр Могила основал здесь монастырь (так называемая «пустырь», «пустынь»). В XVIII столетии был заложен лесопарк («усеян на голом месте» — отсюда, очевидно, и происходит название местности). Голосеев стал дачным местностью церковной знати.

Застройка территории Голосеевского района началась в 1830-х годах. Маленькие дома, расположенные вдоль Васильковского пути (ныне улица Красноармейская) и у реки Лыбидь, образовали часть города, которую называли Новая Застройка. На территории, прилегающей к кондитерской фабрики Карла Маркса и Московской площади, в то время было расположено село Демиевка, которое лишь в начале ХХ в. слилось с городом.

Во второй половине XIX в. и особенно в последнее 10-летие началось интенсивное заселение этого района. Этому способствовало расширение связей с югом через Большой Васильковский путь, который проходил Демеевка, а также вблизи расположения новопостроенной железной дороги Киев—Курск—Москва и строительства заводов и фабрик.

Во время гражданской войны и иностранной интервенции значительная часть насаждений, особенно дуба, вырублена и вывезена австро-германскими и Белопольскими захватчиками.

В 1930-х годах в Голосеево были размещены сельскохозяйственный и лесотехнический институты и сельскохозяйственная академия.

Через Голосеево проходила одна из линий героической Киевской обороны 1941 года.

В 1921 году, во время первого введения административных районов, на базе Демеевки — одной из рабочих окраин Киева — был создан Демеевский район. В 1924—1933 — часть Ленинского района, в 1925—1933 — Демеевка, Голосеево, Корчеватое — часть Сталинского района, 1933—1957 — существовал Кагановичский район, который в 1957 году был переименован в Московский район. В 1988 году, в связи с созданием в городе двух новых районов — Ватутинского и Харьковского, произошел частичный передел территории: из Московского в Харьковский было передано Корчеватое, Чапаевку и Кончу-Заспу, а в Печерский — территорию между проспектом Науки и Столичным шоссе. После административно-территориальной реформы в городе 2001 года, в район вернулись все территории, что в 1988 году перешли в Харьковский и Печерский районы, а также были добавлены части бывших Ленинского (Старокиевского) и Железнодорожного районов города.

Сегодня в состав района входят такие местности как: Демеевка, Голосеево, Новая Застройка, Теремки, Паньковщина, Забайкивье, Саперная Слободка, Ширма, Добрый путь, Корчеватое, Чапаевка, Феофания, Конча-Заспа, Пирогов, Голосеевский лес, Теличка, Китаев , Мышеловка, Багринова гора, Жуков остров и другие. Главная магистраль района в его центральной части — улица Красноармейская. Важными улицам, которые соединяют разные микрорайоны, является проспект Сорокалетия Октября, улицы Васильковская, Горького, проспект Науки.

Большая часть территории района — зеленая зона от Голосеева до Конча-Заспы. Зелеными легкими нашего города является один из древнейших и крупнейших в Европе Голосеевский лес, уникальный своей флорой и фауной. Эта удивительная достопримечательность объединяет Феофанию, парк культуры и отдыха им. М. Рыльского и, собственно, лес площадью почти 150 га. Зеленый профиль Голосеевского леса определяется более 250 видами деревьев и кустов. Прежде всего его зеленый наряд разнообразят ореховые породы, имеющие ценные санитарно-гигиенические свойства, а на участке между Голосеево и Феофанией сохранилось несколько уникальных дубов возрастом 400 и 200 лет.