西汉始元二年（前85）属回浦县，隶会稽郡。
东汉建武元年（25）改回浦县为章安县，属章安县。
东晋太宁元年（323）分临海郡立永嘉郡，以永宁县为郡治。
隋开皇九年（589）改永宁县为永嘉县，隶处州。
唐武德五年（622）分括州置东嘉州，分永嘉县复置乐成县，仍属乐成县，隶东嘉州；七年又撤乐成县并入永嘉县，复属永嘉县。
贞观元年（627）废东嘉州，永嘉县隶属括州。
载初元年（689）复置乐成县，隶温州，仍属乐成县。
五代十国时，乐成县属吴越国。
后梁开平二年（908）改乐成为乐清，属乐清县，仍隶属温州。
南宋咸淳元年（1265）属瑞安府。
元时属温州路。
明时属温州府。
清雍正六年（1728）置玉环厅，属玉环厅第二十都，隶温州府。
1953年析玉环县洞头、大门2个区及周围小岛置洞头县，属温州专区。
1958年撤县并入玉环县，设洞头、大门2个区。
1959年1月玉环县撤销，将玉环县的洞头、大门2个区重新划归温州市。
1964年10月恢复洞头县，属温州专区。
1981年属温州市。
2024年7月，撤销洞头县，设立温州市洞头区，将温州市龙湾区灵昆街道划归洞头区。