Neulindenau entstand als Erweiterung des bereits bestehenden Stadtteils Lindenau. Dieser war ursprünglich ein Dorf wurde und 1891 zu Leipzig eingemeindet.
Während der Industrialisierung im 19. Jahrhundert wuchs Leipzig schnell an und neue Wohnungen mussten her, um die neu angesiedelte Bevölkerung zu beherbergen. Es entstanden große Wohngebiete, hauptsächliche Mietkasernen und Reihenhäuser für die Arbeiter und ihre Familien. Gleichzeitig war das spätere Neulindenau von Beginn an industriell geprägt: Namhafte Fabriken wie etwa Europas größte Baumwollspinnerei entstanden hier. Die Nähe zu den industriellen Zentren machte Neulindenau dabei zu einem attraktiven Wohnort. Im Laufe der Zeit wurden Straßenbahnnetze entwickelt, um das Viertel besser an den Rest der Stadt anzubinden.
Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte der Leipziger Westen einen umfassenden Neuaufbau und eine starke Modernisierung, da Wohnraum dringend benötigt wurde. Aus diesem Grund wurden zu DDR-Zeiten große Plattenbauten errichtet, um den Wohnbedarf abdecken zu können. Dies führte zu einem Wandel des Stadtbildes, der sich vor allem im angrenzenden Grünau bemerkbar machte, aber auch in Neulindenau seine Spuren hinterließ. Gleichzeitig lief die Produktion in Fabriken wie der Baumwollspinnerei weiter.
Die deutsche Wiedervereinigung 1990 sorgte dann für vielerlei Umbrüche. Die Produktion vieler ehemaliger VEB (volkseigener Betriebe) musste beendet werden, Arbeitslosigkeit und Leerstand stiegen. Jedoch boten sich auch neue Chancen: So wurde aus der ehemaligen Baumwollspinnerei ein Zentrum für Kunst und Kultur. Alte Gebäude wurden saniert und es gab große Investitionen in die Infrastruktur, die für eine starke Verbesserung der Wohnqualität sorgten.
Auch heute noch lockt Neulindenau neue Menschen, vor allem junge Familien und Berufstätige, aufgrund der Nähe zur Innenstadt an. Der Stadtteil hat sich zu einem multikulturellen und lebendigen Ort entwickelt und ist ein wichtiges Zentrum der internationalen Kunstszene.