大港地区是退海之地，逐渐形成如今的滨海平原。经天津文物考古和海洋研究部门的科学考证，约距今5000年前黄骅海侵（又称天津海侵）后，海水发生海退。随着海退的逐步推展，在天津沿海地区形成大致与海岸线平行的三道贝壳堤（大港区内为四道），其中滨海沿线的一列贝壳堤，已被国家批准为贝壳堤自然保护区。自1956年以来，陆续在中塘乡大坨子高地、万家码头和太平村乡窦庄子村及沙井子村发现古遗址、遗物和古墓葬。经鉴定，中塘、万家码头、沙井子遗址为战国居住遗址；中塘、万家码头、沙井子、窦庄子古墓葬为汉代瓮棺葬。出土遗物主要有：中塘燕国粗红陶釜，沙井子战国平舒戈、窦庄子北魏铜造像等。据此，约在2300年前就有人类在大港地区生息繁衍。
1949年建国以来，在区境内发现大量战国及以后朝代的陶器、陶片和遗物，主要有：中塘和沙井子出土的粗红陶釜、泥质灰陶尊、盂、罐、盆、壶、浅盘豆、板瓦、铜剑、铜带钩等。可见，战国时期就有不少人在今大港地区居聚，从事渔猎、盐业等生产活动。
大港地区归属，春秋以前不可考，战国先后属燕、齐。秦属巨鹿郡。汉属渤海郡章武县。三国、魏隶属不变。晋属章武国（县）。北朝先后属北魏、东魏、北齐和北周章武郡（县）。隋属河间郡鲁城县。唐属沧州乾符县。五代隶属不变。宋属沧、清二州。金属清州会川、靖海县和沧州清池县。元属清州会川县和沧州清池县。明属清州静海县和沧州清池县。清属天津府静海、天津县和沧州（至民国初降为县）。民国属河北省黄骅、静海、天津三县。
1949年1月，大港各地相继解放，到1952年4月，省、县隶属不变。1952年4月21日河北省天津县划归中央直辖市——天津市，1953年5月14日撤天津县制，成立东、西、南、北四个郊区，大港地属天津市南郊区和河北省静海县、黄骅县。1958年2月11日，天津由中央直辖市改为河北省省辖市，8月26日撤郊区，原南郊区大部划归河西区，今大港中塘地区划属。1962年2月1日恢复四郊，1963年2月分黄骅县太平村、大苏庄、沙井子地区和静海县徐庄子、小王庄、赵连庄等地区建河北省天津市北大港区，区府驻今中塘镇洋闸村。1967年1月2日天津复改中央直辖市，该区仍为天津远郊区。1970年2月，撤北大港区并入南郊区。1979年5月12日，建立天津市革命委员会北大港地区办事处，11月6日，大港与南郊区分设，由原北大港区的赵连庄、小王庄、徐庄子、太平村、沙井子五个公社和南郊区上古林、五七（五七公社1981年12月划归板桥农场）公社、西小站公社的中塘地区（划入大港区后建为中塘公社），以及大港水库、大港油田、石化公司、官港和北大港、大苏庄、板桥三个农场等地区建为天津市大港区。