张江自成陆以后，唐、宋时代已设乡里之治，明、清时期地方有保图建制。按地置治，迄今已逾千年。唐天宝十载（751年）置华亭县，长人乡即属之华亭（现镇域为长人乡一部）。元至元十四年（1277年）华亭升格为府。至元二十九年（1292年），析华亭东北境的长人、高昌、北亭、新江、海隅五乡置上海县后，现镇域随长人乡被划归上海县管辖直至清代。

清雍正四年（1726年），长人乡大部由上海县析出建置南汇县，张江由是转属南汇县治下的二十保、十七保。嘉庆十年（1805年），朝廷准奏割上海县高昌乡、南汇县长人乡以及下沙盐场八九两团等地区设川沙抚民厅，然张江大部地区仍属南汇县辖地，唯孙桥一小部划归川沙抚民厅治下。

至民国初，南汇县实行市（镇）乡制，将全县划为2市（镇）17乡，张江境域属远北市。

民国18年（1929年），国民政府颁布新组织法，调整原有行政区划，张江大部属南汇县第七区，其敦仁、秦镇、殷乐、新兴、集贤、市东、古桐、临安、仙吕、求知等乡俱属第七区远北市辖，唯横沔港以东为川沙县第二区治下。

民国23年（1934年），南汇县、川沙县又先后调整区划，张江地区转属南汇县第四区，孙桥部分地区为川沙县第一区。

1937年抗日战争爆发，南汇、川沙相继沦陷。

1940年，川沙县代管张江栅镇和陈水关桥乡、横沔乡。

1942年，汪伪政权扩大上海市辖区，建立上海特别市，川沙、南汇从江苏省析出，分建川沙、南汇区署，归上海特别市辖，张江栅置镇并成立维持会隶南汇县。

1945年9月抗日战争全面胜利后，重新恢复抗战前原有行政隶属关系，张江地区随川沙、南汇两县仍归属江苏省。

民国35年（1946年）2月，南汇县再次调整行政区划，张江区（第四区）辖远北、立德、御桥、都台、回澜及张江共六乡。同年5月，川沙县三王乡、曹河乡撤并为三河乡（孙桥地区的三灶、四灶属三河乡辖地）。

1948年8月，三河乡划归城厢镇。

1949年10月1日中华人民共和国成立。同年11月建立北蔡区人民政府。区政府驻地张江栅西钱家天主堂浜南。

1950年北蔡区由南汇县划归川沙县。时张江地区有张江、殷浜、马浜、新桥、三桥、新立等乡（三灶、四灶两乡自1954年从城厢镇划归北蔡区）。

1957年7月“撤区并乡”，张江、三桥、新桥、新立、马浜五个小乡撤并为张江乡，殷浜、三灶、四灶等撤并为殷浜乡。

1958年9～10月间，殷浜乡、张江乡先后成立红光和卫星人民公社。同年11月，红光、卫星和东风人民公社（含北蔡、花木）又撤并为张江人民公社。是年12月，国务院调整行政区划，将原属江苏省的川沙、南汇等七县划归上海市，张江公社、孙小桥公社随之归入上海市川沙县版图。

20世纪50年代末60年代初，张江地区的行政区划又多次小范围变动，一部分划入城厢镇，一部分析归唐镇，另有三桥、明星、公民、砖桥等转隶属金桥。

1984年4月，政社分设重新成立乡人民政府时，张江乡和孙小桥乡分别辖12个和13个行政村。

1993年1月1日，撤川沙县成立浦东新区，两乡随之属浦东新区辖。同年5月5日，孙小桥乡更名为孙桥乡。

1995年12月撤乡建镇，张江、孙桥两乡同时变更为张江镇和孙桥镇。2001年11月，张江、孙桥“撤二建一”，成立新的张江镇。至此，张江镇成为浦东新区13个镇级行政机构之一。