温州古称瓯，瓯江口习称瓯海。1981年12月12日国务院批准同意设立瓯海县，由温州市领导。以原温州市的梧埏、永强、三溪、藤桥、西岸5个区、3个镇、24个公社为瓯海县的行政区域，县政府驻温州市。1992年3月9日民政部（民行批[1992]24号）批复同意撤销瓯海县，设立温州市瓯海区。原县辖的5个区公所同时撤销。瓯海区辖16个乡、17个镇和1个街道办事处，区政府驻景山街道。
2001年，将瓯海区的藤桥镇、上戍乡、临江镇、双潮乡、岙底乡和梧埏镇的划龙桥村、上田村、鱼鳞浃村、前网村划归鹿城区管辖；将瓯海区的永中镇、灵昆镇、天河镇、沙城镇划归龙湾区管辖；将瑞安市的仙岩镇、丽岙镇划归瓯海区管辖；瓯海区人民政府驻地由景山街道迁至娄桥镇。瓯海区面积从917平方千米减到614.5平方千米，人口从58.62万减到37.84万（温州年鉴是375907人，其中非农业人口44932人）。辖1个街道、11个镇、4个乡，24个居委会、251个行政村。
2002年，全区辖1个街道、11个镇、4个乡，24个居民区、251个行政村。
2008年末，全区面积614.5平方千米，人口40.74万人，其中非农7.41万人，辖7个街道、6个镇，16个社区、12个居民区、251个行政村。
