古代在公井（今贡井区）域内。
汉时属犍为郡江阳县。
北周（557-591）至宋、元时期均属荣州（今荣县）。
明嘉靖年间，改属富顺县。
1939年9月，正式成立自贡市政府。
富顺县第五区所辖桐垱镇、长坵镇等五镇三乡划归自贡市管辖，其中之桐垱镇、长坵镇即今之自流井区。
1942年桐垱镇更名为自流井镇。
是年废镇设区，自流井镇为市直属第一区，长坵镇为第二区治所未变。
1949年12月，接收原第一区和第二区。
1950年3月25日，市人民政府决定，将一、二区合并为第一区。
1953年1月，将第一区按地名改称自流井区，建置为县一级政权。
所辖红旗、永胜、世平、巩固4个乡合并为红旗、永胜两个乡，6月，两乡划郊区管辖，自流井区成为纯城市区。
1957年1月，自流井、大安两区合并，仍称自流井区。
1959年两区又分设。
1960年5月1日，成立自流井城市人民公社。
1960年6月，和平、凤凰和红旗3个公社先后划归自流井区。
1968年4月23日成立区革命委员会。
1979年7月，和平、凤凰和红旗公社又划归大安区，自流井区再次成为纯城市区。
至1980年11月恢复区人民政府。
2005年5月，红旗乡、舒坪镇、仲权镇、荣边镇、高峰乡、农团乡、漆树乡划归自流井区管辖。
2006年9月21日，自流井区设立丹桂街道办事处、学苑街道办事处。
2024年撤销农团乡和漆树乡，设立飞龙峡镇，撤销红旗乡设立红旗街道，撤销高峰镇设立高峰街道，撤销舒坪镇设立舒坪街道。