宋朝起，就有藤桥镇的记载，归古崖州、吉阳县等管辖，藤桥镇作为琼东南部经济文化中心早已名声在外。
1951年海棠湾地区建制为崖县三区，辖藤桥、龙楼、田湾、龙海、洪风、后海、铁炉、林旺、大云、仲田十个乡，1952年12月改称藤桥区，1958年成立海燕公社，1961年分成藤桥公社和林旺公社，1983年撤销人民公社建制，改为藤桥区和林旺区，1987年1月撤销区乡建制，改为藤桥镇和林旺镇，2001年8月藤桥镇和林旺镇合并改成海棠湾镇。
海棠湾镇有升昌、北山、湾坡、铁炉、青田五个少数民族村委会。
2008年，中共海棠湾工作委员会、海棠湾管理委员会成立。
2024年12月25日。
经国务院批准，三亚市撤并区镇，将两区六镇划分为四个区，海棠湾镇改为海棠区。
2024年1月2日，三亚市海棠区正式挂牌成立并沿用至今。