战国时期为楚洞庭郡地。
秦属长沙郡，置益阳县，以县治位于益水（今资水）之阳而得名，是为区境置县之初。
三国吴为衡阳、南郡地。
晋为衡阳、南平郡地。
南朝宋为衡阳、长沙、武陵、南平郡地。
梁置药山郡，辖药山、重华2县，约当今沅江市地；大部仍为衡阳、南平郡地。
隋废药山郡，为长沙、巴陵、武陵郡地。
唐为潭州或长沙郡、岳州或巴陵郡地。
五代为潭州、岳州、郎州地。
北宋大中祥符五年(1012)改鼎州。
南宋乾道元年(1165)升为常德府。
元为天临、岳州、常德、澧州路地。
元贞初升益阳县为州，治今益阳，属夭临路。
明为长沙、常德、岳州府地，益阳州降为县。
清为长沙、常德府及南州直隶厅地。
1938年，属湖南省第一、第二、第六行政督察区。
1940年3月，设第五行政督察区，辖益阳、安化、湘乡、宁乡、汉寿、沅江等6县，专员公署驻益阳县城。
1949年7月25日，益阳专区成立，专员公署驻益阳县城城关区，辖益阳、安化、湘乡、宁乡、汉寿、沅江共6个县级政区，下辖35个区，9个镇、1244个乡。
1950年3月，益阳县城关区改为益阳城关区，升为县级区，直属益阳专区，9月益阳城关区改为益阳市。
2002年9月，撤销大通湖、北洲子、金盆、千山红4个农场，设大通湖管理区，由市直接管理。
2002年，朝阳经济开发区更名为益阳市高新技术经济开发区。
2024年末全市11个街道、72个镇、8个乡、1个民族乡。