元至元二十九年（1292年），析华亭县东北境长人乡等地置上海县，今镇域隶上海县。

明洪武年间，在八团镇始设下沙三场盐课司署，属两浙都转运盐使司淞江分司。嘉靖三十六年（1557年），沿海倭患，乔镗领筑川沙洼西川沙堡城，置兵戌守。属金山卫中后千户所。镇域仍隶上海县。

清雍正三年（1725年），朝廷批准上海县析长人乡置南汇县，雍正四年正式建县，镇域隶属于南汇县。清嘉庆十年（1805年），两江总督陈大文奏准设置川沙抚民厅。嘉庆十五年正式建厅，今境域川沙城区属川沙抚民厅、南部仍归南汇县。宣统三年（1911年）九月十七日，改厅为县。置川沙县公署，镇域南、北部仍分属南汇县、川沙县。

民国三十四年（1945年）二月，中国共产党领导的游击部队，组建川沙抗日民主政府。同年9月，抗战胜利后，恢复战前建制。镇域分属川、南两县地域不变。

1949年5月15日，川沙县城解放，成立中国人民解放军川沙军管办事处。同月21日，成立川沙县人民政府。镇域分辖如前。

1950年6月17日，镇域南部地区由南汇县划归川沙县管辖。

1992年底撤县建区。

1993年1月1日起，川沙镇归浦东新区领辖。

1997年，川沙、东城两镇并建川沙镇。

2000年5月，新区调整乡镇区划，镇域“撤三建一”，由川沙、黄楼、六团三镇并为新的川沙镇，成为浦东新区行政区域内最大的一个镇。

2011年10月28日，上海市人民政府批复同意撤销川沙新镇、六灶镇建制，设立新的川沙新镇，行政区域范围为：东至原川沙新镇和平村、华路村、大洪村、民利村、虹桥村、陈行村、高桥村、杜尹村、湾镇村、长桥村、储店村、新浜村村界及祝桥镇边界，南至宣桥镇、合庆镇边界，西至张江镇、康桥镇、周浦镇、新场镇边界，北至唐镇镇、合庆镇边界。