蔡甸区，汉属荆州江夏郡，先分属安陆、沙羡县；建武元年置沌阳县，三国时改为石阳县，晋武帝太康元年改石阳为曲阳，惠帝永兴二年改曲阳为曲陵。隋开皇十七年（597年），改称汉津县；大业二年（606年），改汉津为汉阳县。
1949年5月属沔阳专区。1950年汉阳城区并入武汉市，县治移入蔡甸。1951年改属孝感专区，1960年归武汉市，1961年又属孝感专区，1975年再归武汉市。1992年9月12日，经国务院批准撤销汉阳县，设立武汉市蔡甸区。
1994年4月，撤销高庙乡，并入蔡甸镇。1995年4月，撤销蔡甸镇，设立蔡甸街道；撤销新农镇，设立新农街道；撤销郭徐岭乡，设立沌阳街道；撤销沌口镇，设立沌口街道。1996年，武汉市政府决定将蔡甸区的沌口、沌阳两个街道委托武汉经济技术开发区管理。
2003年9月，桐湖农场改为桐湖办事处。2004年4月12日，市民政局发文批复：经市政府同意，报省政府批准，同意撤销军山镇，设立军山街道（2006年，武汉市政府决定将蔡甸区的军山街道委托武汉经济技术开发区管理。）。
2011年末，全区总面积1093.17平方千米，户籍总人口444531人，其中非农业人口122381人。辖6个街道、2个镇、1个乡，28个社区、283个行政村。（武汉年鉴2012数据）
2012年12月20日，将沌口街道调整设立为沌口、沌阳两个街道（武民政[2012]187号文件批复）。
2014年8月19日，市民政局（武民政[2014]53号）批复同意将侏儒街道更名为侏儒山街道。
