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 (latinski: Mediana). Medijana je za vreme Rimskog carstva bila luksuzno predgrađe kasnoantičkog grada i vojnog logora Nais (latinski: 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.