天涯海角游览区最早的是康熙五十三年（1714年）的“海判南天”石刻，为钦差大臣苗曹汤所刻，是清版图的“南交”所在，此时便是“崖州一景”。[4]
清朝雍正五年（1727年），崖州知州程哲于此海滨巨石题刻“天涯”二字。[4]
清宣统元年（1909年），崖州知州范云梯题字“南天一柱”。[4]
抗战期间，国民党琼崖守备司令王毅将军在其相邻巨石之上复题写“海角”二字。[4]
1983年1月，崖县县政府将天涯海角辟为风景区，并成立管理机构。[33]
1984年7月，三亚市成立并把崖县原设旅游公司改为市旅游公司，管理天涯海角事务；同年12月，成立天涯海角风景区管理处，由三亚市旅游公司主管。[8]
1986年6月，成立三亚市旅游事业管理局。[8]
1987年11月，三亚市旅游局升格为处局单位，内设办公室、旅游管理科、规划科、宣传科、后增设企管科、市场开发科。[8]
1988年11月，天涯海角风景区与三亚市旅游公司脫钩，其管理处直接由三亚市旅游局统管，机构设置为正科级事业单位，实行企业管理，独立核算，自负盈亏。[33]
1990年，天涯海角风景区管理处升格副处级单位，设置六部一室。[8]
1991年后，天涯海角风景区先后建设了海水浴场、钓鱼台、海上游艇、现代建筑和仿古传统园林式建筑风格相结合的“天涯物寨”“天涯漫游区”“海上游艇俱乐部”“天涯画廊”“天涯民族风情园”“天涯历史名人雕像”，以及“亚运会南端点火台”“望海阁”“怀苏亭”等设施。[32]
1998年9月，撤销天涯海角风景区管理处，归属三亚市旅游投资有限公司管理。[8]
2008年3月，成立三亚市天涯海角旅游发展有限公司，同时撤销三亚市旅游投资有限公司。[33]
2017年，景区正式启动创建国家AAAAA级旅游景区工作。[26]
2018年1月，景区通过新版ISO9001质量管理体系和ISO14001环境管理体系再认证审核、职业健康安全管理首次认证审核。[9]
2022年7月，天涯海角游览区通过国家AAAAA级旅游景区景观质量评审会专家评审，并列入国家AAAAA级旅游景区创建名单。[26]
2023年6月1日起，三亚天涯海角游览区对中国国内外游客和市民免费开放。[28]