西汉时期置攸县、茶陵、容陵3县，并有临湘、湘南县地，俱属长沙国。
东汉时期属长沙郡，并析临湘县置醴陵县。
三国吴时析临湘、湘南县置建宁县，与攸县、醴陵县俱属长沙郡；析湘南县置湘西县，属衡阳郡；省容陵县置阴山县，与茶陵县俱属湘东郡。
南朝时期梁析阴山县置湘潭县，治今攸县西部，属湘东郡。
南朝梁、陈间改攸县称攸水县。
隋代废醴陵县入长沙县，并湘西县入衡山县，属潭州或长沙郡；省茶陵、攸水、阴山、建宁4县入湘潭县，属衡州或衡山郡。
唐武德四年(621)，析长沙县置醴陵县，属潭州；并置南云州，析置茶陵、安乐、新兴3县；析湘潭县置攸县、阴山县。
贞观元年(627)，废南云州，省茶陵、安乐、阴山、新兴4县入攸县并划属衡州。
圣历元年(698)，析攸县复置茶陵县。
天宝八年(749)，今株洲市区和株洲县为湘潭县地，与醴陵县俱属长沙郡，后属潭州；攸县、茶陵县属衡阳郡，后属衡州。
五代为楚潭州长沙府醴陵、攸县、茶陵和湘潭4县地。
北宋时期为潭州醴陵、攸县和湘潭3县地，以及衡州茶陵县。
南宋绍兴九年(1139)，升茶陵县为茶陵军，嘉定四年(1211)，析茶陵军置酃县。
元代为天临路醴陵州、攸州和湘潭州地，以及衡州路酃县。
明代为长沙府醴陵县、攸县、茶陵州和湘潭县地，以及衡州府酃县。
清末一度设株洲厅。
1913年，茶陵州改为茶陵县，与攸县、醴陵县等俱属湘江道，酃县属衡阳道。
1937年，为第一行政督察区醴陵和湘潭县地，以及第二行政督察区攸县、茶陵、酃县。
1949年，为长沙专区醴陵和湘潭县地，以及衡阳专区攸县、茶陵、酃县。
1951年6月，设株洲市（县级），辖湘潭县的株洲镇等13乡镇及荷花乡的5个村，属长沙专区。
1952年，改属湘潭专区。
1953年5月，株洲市改为省辖市（县级），由湘潭专区代管。
1956年4月，株洲市升为省辖地级市。
1959年6月，设中心、清水塘、田心、荷塘铺、董家塅和郊区6区。
1961年，复置酃县，属湘潭专区。
1965年4月，析株洲市的部分行政区域设立株洲县。
1968年，湘潭专区改称湘潭地区。
1970年1月，撤销中心区、清水塘区、田心区、荷塘铺区和董家塅区，设立东区、南区和北区。
1983年7月，将湘潭地区醴陵、攸县、茶陵、酃县4县划入株洲市。
1985年5月，醴陵县撤县立市（县级）。
1994年4月，酃县更名为炎陵县。
1997年5月，撤销东区、南区、北区和郊区，调整设立荷塘区、芦淞区、石峰区和天元区，代管县级醴陵市，市政府驻地天元区。