温州历史悠久,古称瓯,因其位于瓯江口,故得名瓯海。早在上古时代,这片土地就被视为“瓯”地的一部分,据《山海经·海内南经》记载:“瓯居海中”。瓯海之名由此而来。
战国和秦代时期,瓯海属于东越地。到了西汉初,这里属于东瓯国,随后在东汉初期,归属章安县,继而成为永宁县。隋朝时,永嘉县在此设立,直到民国时期,瓯海一直隶属于永嘉县的管辖之下。
中华人民共和国成立后,1950年至1958年间,瓯海区仍隶属于永嘉县。1958年,瓯海被划归温州市管理。1981年12月,国务院批准设立了瓯海县,划定原温州市梧埏、永强、三溪、藤桥、西岸等区域作为行政区域,县政府设在温州市。1992年,民政部批准撤销瓯海县,设立现在的温州市瓯海区,原区公所撤销,辖下有16乡、17镇和1街道办事处,区政府驻景山街道。
1997年,瓯海区总面积897.7平方千米,人口55.9万人。行政区划包括景山、仙岩等街道,以及永中、灵昆等18个镇和7个乡。2000年人口普查显示,人口增至835,607人,辖区进一步细化。随着时间的推移,瓯海区的行政区划历经调整,如2001年将部分乡镇划归其他区,以及2003年和2011年进行的两次较大规模的行政区划改革,最终形成了现在的7个街道、1个镇的格局,总面积和人口相应减少。
瓯海区是温州市三大城区之一,处于温州市区的东、南、西部,北靠瓯江,环绕鹿城、龙湾两区。原系温州市郊区,1981年12月析出建置瓯海县,1992年撤县设区。