西洞镇有悠久的历史，是以明代水利设施而得名，其农业灌溉用水全靠祁连山融雪，因洪水河从镇境东南部出山，激流冲刷，使河床陡峭幽深，水流湍急，两岸引水极难。据《肃州新志》记载，在明朝洪武年间（公元一三六八年）大将冯胜平定河西，在酒泉移民屯田，为了引水灌溉，擢千户曹斌、集夫匠在洪水河两岸凿壁穿洞，挖天井，使洞串连，井进相通，蜿蜒曲折，引水上岸，称西岸的渠道为西洞子坝，故名“西洞”。西洞由于水利的兴起，大面积开垦种田，使农业经济有了较快的发展，改变了昔日衰微破旧、满目疮痕的凄凉景象。

1950年建政后，划归酒泉市西店区，1953年划归西南区，1955年撤区后合建为西洞乡。

1961年改为西洞人民公社，1966年因“文革”改名为向阳公社，1971年恢复原名西洞公社，1983年因体制改革易名为西洞乡，1985年四月经省政府批准撤乡建镇。