古代属《禹贡》梁州之域。
秦代，属蜀郡辖地。
汉代，属犍为郡江阳县。
北周（557~591年）至宋、元时期，属荣州（今荣县）。
明嘉靖年间，改属富顺县。
清康熙十九年（1680年），自流井作为地名记载于史料。雍正八年（1730年），富顺县曾先后在自流井域内设县丞署、县佐署，管理地方行政和盐务。桐发垱、长坝垱为自流井最早的建置名称，以后邱家垱分出之下邱垱亦属自流井建置范围。光绪二十六年（1900年），各垱改称保。
民国元年（1912年），境内的垱、保合置桐垱区、长垱区、下邱垱区。
民国三年（1914年）3月，恢复乡团制，区又改称团。
民国二十三年（1934年），并团改镇，桐垱团改为桐垱镇，长坵团与下坵团合并为长坵镇。
民国二十四年（1935年），川政统一，各县设区，富顺县在自流井设第五区。
民国二十八年（1939年）8月，桐垱镇、长邱镇由富顺县第五区划归自贡市管辖。
民国三十一年（1942年），桐垱镇更名为自井镇。
民国三十三年（1944年），自井镇改为一区、长邱镇改为二区。
1950年，一、二区合并为一区。
1953年1月，一区正式定名为自流井区，建置为县级政权。[12]
1960年6月，和平、凤凰和红旗3个公社先后划归自流井区。
1979年7月，和平、凤凰和红旗公社划归大安区。
2005年8月，自贡市区划调整时，将原属大安区的红旗乡、贡井区的荣边镇、沿滩区的高峰乡、农团乡、漆树乡、仲权镇、舒坪镇划入自流井区管辖。
2006年5月21日，经自贡市人民政府批复同意将丹桂街道办事处、学苑街道办事处委托自贡高新区管理。
2012年12月1日，将高峰乡整体托管给自贡高新区管委会管理。