汉时属犍为郡江阴县，北周时属富世县（今富顺县），1939年成立自贡市，将富顺县第五区所辖的4镇3乡全部划归自贡。4镇中的桐垱镇、长垱镇即今之自流井区。

民国31年（1942年），桐档镇改为自井镇。

1943年，桐垱镇改名为自井镇。

民国33年（1944年）改镇为区，自井镇改为第一区，长丘镇改为第二区，直至自贡市解放。

1953年改为自流井区。所辖的4个乡合并为红旗、永胜两个乡，6月，两乡划郊区管辖。

1957年1月，大安区合并于自流井区，1960年两区又分设。

1960年6月，和平、凤凰和红旗三个公社先后划归自流井区。

1979年7月，三个公社又划归大安区，自流井区成为纯城市区。

1997年，自流井区面积12.6平方千米，人口19.9万，辖4个街道，区政府驻解放路。

2000年，根据第五次人口普查数据，总人口206060人，其中：五星街街道 57993 东兴寺街道 76137 新街街道 27247 郭家坳街道 44683

2004年，自流井区辖4个街道（五星街、东兴寺街、新街、郭家坳街）。

2005年6月15日，将自贡市大安区的红旗乡，沿滩区的仲权镇、舒坪镇、高峰乡、农团乡、漆树乡和贡井区的荣边镇划归自流井区管辖。从此结束纯城市区的历史。