先秦及秦汉时期　温州古为扬州荒服之域，春秋属越。秦时属闽中郡。汉惠帝三年（前192）为东海王（俗称东瓯王驺摇）都地。建元三年（前138）闽越王发兵攻东瓯。解围后，东瓯国有4万余人内徙江淮间的庐江郡（今安徽省西南部地区），东瓯故地为闽越控制。建元六年（前135），闽越王郢被杀，闽越分越繇和东越两部，东瓯故地属东越。元封元年（前110），汉王朝以越人经常互相攻击，再诏东越、闽越两地吏民迁徙江淮间，地虚国除。始元二年（前85），以鄞县南部之回浦乡，即东瓯故地置回浦县，属会稽郡。回浦县兼今温、台二市及丽水地区大部分地域和福建东北沿海一部分地区，县治设在回浦（今台州市椒江区章安镇）。东汉初，回浦并入鄞县。章和元年（87）（一作东汉建武年间），又以回浦旧地设置章安县。永和三年（138）（一作永建四年），析章安县之东瓯乡置永宁县，县治设在贤宰乡（今永嘉瓯北）；析章安之西南境建松阳县，均属扬州会稽郡。

三国时期　东吴赤乌二年（239），析永宁县县治南部地置罗阳县〔吴宝鼎三年（268）改安阳，晋太康元年（280）改称安固〕，属会稽郡。东吴太平二年（257）春，以会稽郡东部的章安、临海、始平、永宁、罗阳、松阳、罗江7县置临海郡，郡治初设临海，后徙章安，隶扬州。西晋太康四年（283），析安固南境置始阳县，寻改横阳（今平阳、苍南两县及今泰顺县南境），属临海郡。

东晋及南北朝时期　东晋时，北方战乱，晋室南迁，中原人口大批南下。太宁元年（323），析临海郡南部四县置永嘉郡，属扬州，建郡治于瓯江南岸（今鹿城区），为温州置郡级地方政权之始。初辖永宁、安固、横阳、松阳4县，宁康二年（374）（一作宁康三年）析永宁县地置乐成县，辖县增至5个。南朝宋元嘉末，郡属会州，孝建元年（454）属东扬州；孝建元年以后至齐，扬州、东扬州，屡有分并。梁末罢东扬州设缙州，废永嘉郡，陈天嘉时（560—566），东扬州、永嘉复为州、郡。

隋唐及五代时期　隋开皇九年（589）平陈后，罢天下郡制，以州统县。废永嘉郡、临海郡，撤章安、始丰、宁海、乐安4县入临海县；改永宁县为永嘉县，撤安固、横阳、乐成3县入永嘉县；又分松阳县之东乡置括苍县。时括苍、松阳、永嘉、临海4县属处州〔开皇十二年（592）改称括州〕，州治设在括苍（今丽水），上隶吴州总管府，后隶扬州大总管府。大业三年（607）改州为郡，恢复永嘉郡，辖括苍、永嘉、松阳、临海4县。郡治仍驻括苍，仍属扬州。唐武德四年（621）平李子通后，置海州，武德五年（622）改海州为台州，并以永嘉县地置东嘉州，析辖永宁、安固、横阳、乐成4县。从此，东嘉州与括州、台州分治，上隶括州总管府。武德七年（624），撤乐成县入永宁，改称永嘉县。又改括州总管府为括州总督府。贞观元年（627）废都督府，并废东嘉州入括州，撤横阳入安固，以永嘉、安固属括州，隶江南道之越州都督府。上元二年（675），析括州之永嘉、安固二县置温州，治设永嘉，仍隶江南道。武则天载初元年（689），析永嘉县地复置乐成县。大足元年（701），析安固复置横阳。开元二十一年（733），隶江南东道。天宝元年（742），改温州为永嘉郡，乾元元年（758）复为温州，先后隶浙江东、西道。天复二年（902），安固县易名瑞安。唐末，温州先后为朱褒兄弟交替割据22年之久，至天祐四年（907）三月，钱镠命子元瓘率兵讨伐，四月攻占温州。于是，温州为吴越王地，设温州制置使，辖永嘉、瑞安、乐清〔后梁开平二年（908）避梁太祖父朱诚讳改乐成为乐清〕、平阳〔乾化四年（914）改横阳为平阳〕4县，上隶东府。后晋天福四年（939），升温州为静海军节度州。

宋代　宋太平兴国三年（978），吴越王钱俶纳土降宋，温州节度州降为温州军事州，辖永嘉、乐清、平阳、瑞安4县，属两浙路。政和七年（1117）温州军额为应道军节度，升温州军事州为应道军节度州。建炎三年（1129）罢应道军军额，温州由节度州降为军事州，属两浙东路。咸淳元年（1265），以度宗潜邸升温州为瑞安府。

元代　元至元十三年（1276），改瑞安府为温州路，属浙东宣慰司，先隶江淮行省，后隶江浙行省，辖永嘉、乐清、瑞安、平阳4县。元贞元年（1295）升瑞安、平阳2县为州。

明代　明洪武元年（1368）废路置府，温州路改为温州府，辖永嘉、乐清2县及瑞安、平阳2州〔洪武二年（1369）、洪武三年（1370），瑞安、平阳仍为县〕。属浙江行省，洪武十五年（1382）改属浙江布政使司。永乐年间（1403—1424），司下设道，温州府属温处道。其后以至清末，四五百年间，名称隶属相沿无变。明景泰三年（1452），析瑞安十二里（义翔乡）和平阳六里（归仁乡）之地置泰顺县，辖县增至5个。

清代　清顺治三年（1646）春，清军入浙，七月下温州。入清版图，沿明制。雍正六年（1728），以原分辖于乐清及台州太平（温岭）之玉环山乡，设置玉环厅。宣统三年（1911）八月十九日（10月10日），辛亥革命爆发。九月十八日（11月8日）温州光复，成立“军政分府”，隶浙江省军政府。

民国时期　民国元年（1912）1月1日，中华民国临时政府定都南京，改元为中华民国元年。2月，废府、州、厅制，玉环厅改为县。7月，撤温州军政分府，各县直属省政府。民国3年（1914）5月，颁布《道官制》，省下设道。6月，依原温处道辖境置瓯海道，辖温、处二府地，计永嘉、乐清、平阳、瑞安、泰顺、玉环、丽水、缙云、青田、松阳、遂昌、云和、龙泉、庆元、景宁、宣平等16县，道尹公署驻永嘉县城区（今鹿城区），属浙江省。民国16年（1927），废道制，实行省县两级制。民国21年（1932）在省县之间建立行政督察区制。5月，温州改称浙江省第十县政督察区，辖永嘉、瑞安、乐清、平阳、玉环5县，督察专员办事处驻永嘉城区。9月，全省改设6个特区（后增7个特区），温州为第四特区。民国22年（1933）4月，重改6个特区，温州为第三特区，并将泰顺县划入，辖县增至6个，督察专员办事处仍驻永嘉城区。8月，温州区改称浙江省永嘉行政督察区。民国23年（1934）3月25日，改称浙江省第八行政督察区。抗日战争时期全省行政督察区虽作过几次调整，区名称和辖县均不变。民国35年（1946）12月，核准析瑞安、泰顺和青田交界地区置文成县。民国37年（1948）4月，全省调整为6个行政督察区，温州改称为浙江省第五行政督察区。并将泰顺、文成两县划给第六行政督察区（丽水地区），将临海、温岭、天台、黄岩、仙居、宁海、三门等县划入，全区辖有乐清、永嘉、瑞安、平阳、临海、温岭、天台、黄岩、仙居、宁海、三门、玉环12县，专署驻乐清；5月，又将宁海、温岭、天台、黄岩、仙居、三门等县划出，将青田、泰顺、文成划入，温州区辖有永嘉、乐清、瑞安、平阳、文成、泰顺、青田、玉环8县，专员公署驻瑞安县（因解放战争形势急转直下，未及迁驻）。

当代　1949年5月7日，温州解放，中国人民解放军浙南游击纵队进城接管，5月9日建立温州市军事管制委员会。5月26日，中国人民解放军第三野战军第七兵团二十一军进驻温州。8月26日，成立浙江省人民政府第五区专员公署，辖永嘉、瑞安、平阳、乐清、泰顺、文成、青田和玉环8县，并将永嘉城区及城郊、梧蜒、永强、三溪、藤桥、西岸区划出，设立温州市，直隶省人民政府。11月6日，改第五区专员公署为温州区专员公署，旋又改称温州专员公署。1952年1月19日，丽水专区撤销，所辖丽水、云和、龙泉、景宁、庆元5县划入温州专区。1953年6月10日，析玉环县洞头、大门诸岛置洞头县。1954年5月22日，台州专区撤销，辖下温岭、黄岩、仙居3县及海门直属区划属温州专区；1955年，设矾山矿区，直属专区。时温州专区属县（区）共计19个。1956年3月，仙居改属宁波专区，海门、矾山两直属区改黄岩、平阳属区，专区辖县减为16个。1957年7月恢复台州专区，温岭、黄岩两县划归台州专区，温州专区辖县减为14个。1958年7月，温州市改属温州专区管辖，并先后撤销洞头、云和、文成、庆元4县，分别并入玉环、丽水、瑞安和龙泉县。12月12日，台州专区撤销，黄岩、温岭、临海、仙居4县划属温州专区，温州专区属县（市）增至15个。1959年4月，中共浙江省委、省人民政府通知（1960年1月国务院正式批准）撤销玉环、景宁县，玉环县原洞头辖区划归温州市，余划归温岭县；景宁县全部划归丽水县，温州专区属县（市）减为13个。1961年12月30日，恢复文成县，温州专区属县（市）增为14个。1962年4月复置台州专区，6月，黄岩、温岭、仙居和临海4县划归台州专区。同时，恢复云和县。温州专区辖县（市）减为11个。1963年恢复丽水专区，5月16日，青田、丽水、云和、龙泉4县划归丽水专署管辖，温州专区辖县（市）减为7个。1964年10月31日恢复洞头县。至此，温州专区辖县（市）8个。1966年5月，“文化大革命”开始，不久，温州专员公署受到冲击，不能正常行使职权。1967年3月31日，由温州军分区和温州海军水警区组成温州区军事管制委员会，实行军管。8月11日，中国人民解放军支左部队进驻温州，组成中国人民解放军进驻温州支左部队联合指挥部。12月28日，联合指挥部撤销，成立中国人民解放军浙江省温州区军事管制委员会。1968年12月3日分别成立温州地区革命委员会和温州市革命委员会。1978年9月16日，温州地区革命委员会改为温州地区行政公署。1980年4月30日，恢复温州市为省辖市。1981年6月18日，国务院批准析平阳县江南地（矾山、马站、灵溪、金乡、钱库、宜山、桥墩7个区和矾山镇）置苍南县。1981年9月22日，中共中央、国务院批准温州地区和温州市合并，建立中共温州市委、温州市人民政府，实行市管县体制。12月12日，析原温州市郊区置瓯海县。1984年1月，将市郊区6个乡划归城区，称鹿城区。4月2日，划市郊状元镇、龙湾乡和瓯海县永中镇的黄石、黄山二村建龙湾区。1987年4月18日，改瑞安县为瑞安市（县级）。1992年3月9日，改瓯海县为区。1993年9月18日，改乐清县为乐清市（县级）。1993年始，温州市辖鹿城、龙湾、瓯海三区，乐清、瑞安二市（县级）和永嘉、洞头、文成、平阳、苍南六县，至2014年未变。2015年7月22日，国务院批准洞头撤县设区。根据《国务院关于同意浙江省调整温州市部分行政区划的批复》，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管辖。以原洞头县和龙湾区灵昆街道的行政区域为洞头区的行政区域。洞头区人民政府驻北岙街道县前路12号。