Внутригородской район образован указом Президиума Верховного Совета СССР от 3 октября 1938 года путём включения в территорию города Перми города Молотова (Мотовилихи) и образованием из него Молотовского района. В 1958 году был переименован в Мотовилихинский район города Перми.
Мотовилиха исторически является промышленным районом, который развивался как заводской посёлок рядом с чиновничьей Пермью. Среди прочих районов Перми Мотовилиха отличается самой большой площадью микрорайонов с частной застройкой[4], которая продолжает увеличиваться — район лидирует по строительству индивидуального жилья[5].
Наиболее крупные предприятия, находящиеся на территории района: «Мотовилихинские заводы», «Машиностроитель», издательско-полиграфический комплекс «Звезда», кондитерская фабрика «Пермская» и ряд других. В Мотовилихе расположены цирк, планетарий, УДС «Молот», музей современного искусства PERMM, музей-диорама на Вышке, три из четырёх пермских телебашен.
Площадь района[6] — 169,58 км². Граничит с Орджоникидзевским, Ленинским и Свердловским районами города Перми, а также с территорией Пермского района.
Район расположен на обоих берегах Камы и состоит из левобережной и правобережной части, моста между которыми в границах района нет. Для территории района характерна значительная разрозненность микрорайонов наряду с большой общей площадью территории, а также сложный рельеф местности, район «изрезан» логами, реками[4].
Обширные площади лесных массивов расположены как в левобережной части района (за трассой Восточного обхода Перми), так и в его правобережной части. В левобережной части имеются значительные площади земель, находившихся ранее в сельскохозяйственном использовании, которые в настоящее время активно выделяются под индивидуальное строительство.