解放前，从隋朝开始直至民国，现在的温州市区，即鹿城区、瓯海区、龙湾区都属于永嘉县的一部分 。
1949年5月，永嘉县全境解放。以瓯江为界南置温州市，北置双溪县，治岩头镇。9月21日，双溪县复称永嘉县，移治枫林镇，翌年6月迁治罗浮龙桥，12月21日迁治温州市区九山。
1950年5月，将原属温州市属的梧埏、永强、三溪、藤桥4个区划归永嘉县。
1958年该4个乡重归温州市，永嘉县治迁至上塘镇。
1961年，青田县西岙、石染、上横3乡划归永嘉县。
1981年地市合并，原市区改设区，名温州市城区。1984年更名为鹿城区。
1981年，析温州市郊区设立瓯海县，由温州市管辖。1992年，撤县设区。
1984年12月，在原温州市郊状元、龙湾公社基础上由国务院批准建立龙湾区，是温州市三大城区之一。1997年，龙湾区面积61.4平方千米，人口8.5万人。辖5个镇。
2001年7月，温州市辖区行政区划调整，原瓯海永强片区7个镇划归龙湾，藤桥片区的2个镇3个乡和梧埏镇的4个村划归鹿城，瑞安市仙岩镇、丽岙镇并入瓯海。原永嘉县七都镇划入温州市鹿城区。
2015年，原龙湾区灵昆街道划归新成立的洞头区管辖。