Atar naselja Donja Vrežina kao i susednih sela bili su naseljeni još u praistoriji. Praistoriski nalazi otkriveni su na potezu Čardak i na području istočno od manastira (sada crkva Uspenja Presvete Bogorodice) i Rimske česme, a u naselju su otkriveni i antički nalazi. Antičko naselje, kao i današnje, nalazilo se na obalama reke Nišave. Po svom položaju antička Vrežina je bila najbliže naselje (preko reke Nišave) naselju Medijana (lat. Mediana). Medijana je za vreme Rimskog carstva bila luksuzno predgrađe kasnoantičkog grada i vojnog logora Nais (lat. Naissus), gde je pored reke Nišave bio sagrađen velelepni carski letnjikovac cara Konstantina Velikog, koji je rođen u rimskom gradu Naisu, tj. današnjem Nišu.
Prema popisu iz 1498. godine, selo je imalo 32 kuće, 8 neoženjenih, 5 udovičkih kuća, 2 muslimanske kuće i dažbine u iznosu 5.332 aspre. Pripadala je kao spahiluk Hizir-agi iz Pirota, a jednu vodenicu sa dva kamena držao je u svom vlasništvu vakuf pokojnog Sulejman-paše iz Niša.
Prema turskom popisu nahije Niš iz 1516. godine, mesto je bilo jedno od 111 sela nahije i nosilo je naziv Donja Vrezina, a imalo je 35 kuća, 4 udovička domaćinstva, 3 samačka domaćinstva, 2 muslimana.[2]
Godine 1841, tokom Niške bune, selo je delimično spaljeno.
Oslobođenje od Turaka dočekano je sa oko 40 domova nakon čega je selo počelo da doživljava svoj uspon zahvaljujući dobroj zemlji i blizini Niša. Godine 1895. selo je imalo 44 domaćinstva i 328 stanovnika, a 1930. godine 69 domaćinstava i 434 stanovnika.
Najintenzivniji razvoj ostvaruje se nakon Drugog svetskog rata kada 1960-70. godina postaje prigradsko naselje Niša. Danas se zvanično vodi kao deo grada.
U naselju Donja Vrežina živi 5485 punoletnih stanovnika, a prosečna starost stanovništva iznosi 38,9 godina (38,5 kod muškaraca i 39,3 kod žena)[3]. U naselju ima 2163 domaćinstva, a prosečan broj članova po domaćinstvu je 3,12[4].
Ovo naselje je velikim delom naseljeno Srbima (prema popisu iz 2002. godine), a u poslednja tri popisa, primećen je porast u broju stanovnika. Po rezultatima popisa stanovništva iz 2011. godine, Donja Vrežina ima 6758 stanovnika i 2163 domaćinstva.
Do naselja se može doći gradskom linijom Bubanj—Donja Vrežina, kao i prigradskim linijama PAS Niš—Vrelo (linija br. 16), PAS NIŠ—Oreovac (linija br. 17) i PAS NIŠ—Gornja Vrežina (linija br. 17L). Sve pomenute linije imaju po više stajališta u naselju.