Несмотря на то, что административная единица под названием «Гуйлиньский округ» (桂林郡) была создана ещё во времена империи Цинь, она находилась совсем в другом месте. Эти же места во времена империи Хань входили в состав созданного в 205 году до н. э. Гуйянского округа (桂阳郡). В 111 году до н. э. из него был выделен Линлинский округ (零陵郡), при этом на месте современного Гуйлиня был создан уезд Шиань (始安县). В эпоху Восточной Хань уезд был преобразован в Шианьский удел (始安侯国).

В эпоху Троецарствия, когда эти земли были отвоёваны царством У у царства Шу, в 265 году был создан Шианьский округ (始安郡), который просуществовал вплоть до середины первого тысячелетия.

В эпоху Южных и Северных династий Шианьский округ был в VI веке расформирован, а для администрирования районов, лежащих к югу от Наньлинских гор, была создана Гуйчжоуская область (桂州), и после объединения китайских земель в империю Суй здесь в 590 году разместилась ставка Гуйчжоуского командующего.

После смены империи Суй на империю Тан уезд Шиань был в 634 году переименован в Линьгуй (临桂县). В конце VII века началось строительство канала Линцюй[en], соединившего верховья Лицзян (бассейн Жемчужной реки) с верховьями Сянцзян (бассейн Янцзы). В конце IX века Гуйчжоуская область была опустошена во время восстания под руководством Хуан Чао.

Во времена империи Сун в 997 году был создан Гуаннаньсиский регион (静江路), власти которого разместились там же, где и власти Гуйчжоуской области. В 1133 году Гуйчжоуская область была поднята в статусе и стала Цзинцзянской управой (静江府).

После монгольского завоевания и создания империи Юань эти места стали Цзинцзянским регионом (静江路). Когда Чжу Юаньчжан сверг правление монголов и основал империю Мин, то «регионы» были переименованы в «управы», и в 1367 году Цзинцзянский регион был переименован в Цзинцзянскую управу (静江府). В 1370 году Чжу Юаньчжан дал своему внучатому племяннику Чжу Шоуцюаню[en] титул «Цзинцзянского князя», и тот разместил свою резиденцию в этих местах. В 1372 году Цзинцзянская управа была переименована в Гуйлиньскую управу (桂林府). Гуйлиньская управа стала местом размещения властей провинции Гуанси.

В конце 1911 года в Китае произошла Синьхайская революция, и в месте размещения властей Гуйлиньской управы было создано военное правительство провинции Гуанси, которое в октябре 1912 года переехало в Наньнин. В 1912 году был расформирован уезд Линьгуй, а его земли перешли под непосредственное управление властей Гуйлиньской управы. В 1913 году в Китае была проведена реформа структуры административного деления, в ходе которой управы были упразднены, и поэтому Гуйлиньская управа была расформирована, а территория, находившаяся под прямым управлением её властей, вновь стала уездом, на этот раз получившим название Гуйлинь (桂林县).

В 1932 году власти провинции Гуанси вернулись в уезд Гуйлинь. В июне 1940 года урбанизированная часть уезда Гуйлинь с окрестностями была официально выделена в отдельный город Гуйлинь, а оставшаяся часть уезда снова получила название Линьгуй. Во время японо-китайской войны японская армия в 1944 году провела операцию «Ити-Го», в ходе которой 10 ноября 1944 года заняла Гуйлинь, остававшийся под оккупацией вплоть до конца войны.

На завершающем этапе гражданской войны гоминьдановские власти провинции Гуанси в октябре 1949 года вновь переехали из Гуйлиня в Наньнин, а 22 ноября 1949 года Гуйлинь был занят войсками НОАК.

В составе КНР был образован Специальный район Гуйлинь (桂林专区), состоящий из 11 уездов; власти специального района размещались в городе Гуйлинь, но сам город в состав специального района не входил, подчиняясь напрямую властям провинции Гуанси. В 1951 году уезд Луншэн (龙胜县) был преобразован в Луншэнский многонациональный автономный район (龙胜各族自治区) уездного уровня. В 1952 году был расформирован уезд Инин (义宁县); его земли были разделены между уездом Линчуань и Луншэнским многонациональным автономным районом. В 1953 году из состава Специального района Лючжоу в состав Специального района Гуйлинь перешёл уезд Лучжай, земли уезда Цзыюань были разделены между уездами Синъань и Цюаньсянь (全县), уезд Байшоу (百寿县) был присоединён к уезду Юнфу. В 1954 году был воссоздан уезд Цзыюань, а уезд Линчуань был присоединён к уезду Гуйлинь. В 1955 году Луншэнский многонациональный автономный район был преобразован в Луншэнский многонациональный автономный уезд.

В 1958 году провинция Гуанси была преобразована в Гуанси-Чжуанский автономный район, а город Гуйлинь был понижен в статусе и стал подчиняться властям Специального района Гуйлинь, будучи при этом разделён на Городской и Пригородный районы; уезд Лучжай вернулся в состав Специального района Лючжоу, а в состав Специального района Гуйлинь перешли уезды Пинлэ, Гунчэн и Липу (荔浦县) из расформированного Специального района Пинлэ (平乐专区). В 1959 году уезд Цюаньсянь был переименован в Цюаньчжоу. В 1961 году город Гуйлинь был выведен из состава Специального района Гуйлинь и вновь стал подчиняться напрямую властям Гуанси-Чжуанского автономного района. В 1962 году был воссоздан уезд Линчуань.

В 1971 году Специальный район Гуйлинь был переименован в Округ Гуйлинь (桂林地区).

Постановлением Госсовета КНР от 1 июля 1981 года уезд Яншо был передан из состава Округа Гуйлинь под юрисдикцию властей города Гуйлинь.

Постановлением Госсовета КНР от 8 октября 1983 года уезд Линьгуй был передан из состава Округа Гуйлинь под юрисдикцию властей города Гуйлинь.

Постановлением Госсовета КНР от 3 февраля 1990 года уезд Гунчэн был преобразован в Гунчэн-Яоский автономный уезд.

Постановлением Госсовета КНР от 2 декабря 1996 года Пригородный район Гуйлиня (桂林市郊区) был переименован в район Яньшань.

Постановлением Госсовета КНР от 27 августа 1998 года город Гуйлинь и Округ Гуйлинь были объединены в Городской округ Гуйлинь.

Постановлением Госсовета КНР от 18 января 2013 года уезд Линьгуй был преобразован в район городского подчинения.

17 августа 2018 года уезд Липу был преобразован в городской уезд.