1302 wird die Oberau erstmals erwähnt; es geht dabei „umbe das gerihte in der oberun owe oberthalp der oberun brugge“, d. h. um die richterliche Kompetenz östlich der Schwabentorbrücke. Da sie außerhalb der Stadtmauern lag, galten hier besondere Rechtsverhältnisse.

1512 unterstützte die Stadt den Papierer Bastian Loser beim Errichten seiner Papiermühle „vor dem Schwabsthor uff dem Runss, so man gen Cartshüsern gat“. Am Gewerbekanal zwischen Kartäuserstraße und Schlossberg gab es zahlreiche Mühlen; die Mühlenstraße erinnert noch heute daran. Im und nach dem Dreißigjährigen Krieg kam es zum Niedergang dieses Gewerbes, teils waren die Mühlen den kriegerischen Auseinandersetzungen und Festungsbauarbeiten zum Opfer gefallen, teils waren die Handelsbeziehungen nahezu unterbrochen, z. B. bei den Edelsteinschleifern.
Im neunzehnten Jahrhundert entwickelte sich die Oberau zu einem gewerblich-industriellen Stadtteil, weil die vorherrschenden Westwinde den Rauch der Schlote von der Stadt fernhielten; erinnert sei an die Pappendeckel- und Papierfabrik Strohm (gegr. 1852) in der unteren Kartäuserstraße, an die Papierfabrik Flinsch (seit 1845) dort, wo heute die Wohnhäuser der Rabenkopfstraße stehen, an die Seidenzwirnerei Mez (seit 1835) an der Stelle des heutigen Südwestrundfunks, an die Schulmöbelfabrik Gerteis (seit 1909 in der Bleichestraße, an die Brauerei Ganter (seit 1877 in der Oberau), die als einziger Betrieb noch heute aktiv ist.

Sowohl Flinsch als auch Mez haben für ihre Arbeiter eigene Wohnungen errichtet (anfangs schliefen die Arbeiter in einem geräumigen Schlafsaal über dem Papiersaal); die von Flinsch sind der Neubebauung des Firmengeländes gewichen.
Nach dem Zweiten Weltkrieg entstanden im Kleingartengebiet zwischen Runz- und Hindenburgstraße Wohnhäuser für die Angehörigen der französischen Streitkräfte.

Heute ist der Stadtteil durch „aufgelockerten Mietwohnungsbau“ gekennzeichnet.