早在4200多年前的新石器時代，大垛地區便有了人類活動。上世紀60年代末至70年代初，人們在大垛鎮東北隅的“芝麻垛”發現了灰坑等人類生存的文化層，1983年在車路河整治工程中發現了麋鹿角化石等，均類似於其後發現的林湖鄉南蕩古文化遺址上的先民生產、生活遺存，同屬於豫東王油坊類型龍山文化（夏朝以前）。
據《史記》、《漢書》、《隋書》、《新唐書》、《資治通鑒》等史籍記載，歷夏、商、周、秦以至西漢高祖十二年(公元前195年)，吳王劉濞在包括今大垛在內的吳國東部沿海壹帶“煮海為業”，生活在大垛這片土地上的先民便以鹽業和漁業為生，在與大自然的抗爭中繁衍下來。
隋煬帝時，開通了橫貫南北的大運河，極大地促進了南北經濟文化的交流，東部沿海地區承受了運河文明的潤澤。唐天寶十四載(755年)“安史之亂”後，我國的經濟中心逐步南移，江淮流域的經濟得以迅速發展。唐大歷二年(767年)，淮南節度判官李承主建“常豐堰”。北宋天聖元年(1023年)，範仲淹任職興化，在“常豐堰”的基礎上築成“範公堤”，有效地擋住海水西灌，從而使堤西大片地區免遭鹽堿之苦，為農業生產和社會的發展奠定了基礎。
南宋建炎二年(1128年)，黃河改道南下，帶來了大量的泥砂，裏下河壹帶，特別是興化境內廣袤的沼澤地露出水面。於是，許多無地或缺地耕種的農民就掘土壘田，改造大自然。這樣，興化壹帶原已形成多年的四面環水、中間凸起的垛岸地形得到了擴大。人們在這些垛上聚居，耕作。
大垛由若幹垛島組成，大者近百畝，小者幾分地。其中，今大垛鎮東部2個小垛(位於鎮東“木匠垛”西南隅河流中)，形同龜眼。鎮南“油坊垛”和西北隅垛島、西南角“火箭垛”(今鎮企管站)，酷似龜足。而古鎮西部“西星舍”(今安民村委會所在地)以西的“西尖子”宛若隱隱約約的龜尾子。在這些奇特的垛島中，有1個最大的垛島，面積近百畝，便是龜身(今大垛鎮中心區)。
由於大垛先民對被尊為水神的“北方真武大帝”、舜王時代的治水英雄崇伯鯀(夏禹之父)十分崇拜，在治理沼澤地的過程中，運用自己的智明才智和豐富的想象力，將壹個個垛島組合成壹只碩大的喜水而不怕水，且長壽吉祥的“神龜”形象，從而使這方熱土旱澇保收，平安幸福。大垛先民對治水的認識和他們的創舉，至今值得我們借鑒。
宋元時期，大垛人口眾多，生產發展，形成了較大的自然村鎮(《揚州百鎮》興化篇)。其時，“春耕秋獲，笑歌滿野，民多富實，往往重門擊柝，擬於公府”(《宋史》)。但南宋的抗金戰爭和元末戰亂，使大垛遭到嚴重破壞，壹時生產雕零，地廣人稀。
明代洪武初年(約1368-1372年)，明太祖朱元璋實行“洪武趕散”大移民，將蘇州閶門和昆山、句容、鎮江等江南幾十萬人口強遷到田多人少的蘇北裏下河及鹽阜、兩淮廣大地區(《簡明中國移民史》)。這不但給這些地區帶來了先進的生產技術和文化，而且也帶來了經濟發展的契機。此時，由盧、沙、王、吳四大姓聚居的大垛重新崛起。至今流傳的民謠“起大(dà)早，喊大(duò音舵)小(即大兒子)，上大(tàī音太，通假太、泰，見段玉裁《說文解字註》、《駢雅訓纂》，意即極大)垛”，便是當時先進的吳文化對今大垛鎮發展產生促進作用的歷史佐證。大垛的地名在此時便傳承下來。由單樹模先生主編的1988年商務印書館出版的《中華人民***和國地名詞典》江蘇卷記述：“大垛鎮：明蘇州、鎮江移民於此，用此名。”此後，明建文四年(1402年)，燕王朱棣起兵“靖難”，部分江南居民為避亂而遷入大垛。明隆慶、萬歷年間(1567-1620年)，大垛鎮得到進壹步發展，成為興化重要集鎮。
延至清代，大垛與安豐、戴窯、竹泓、大鄒、唐子、中堡、白駒、劉莊、小海齊名，成為“興化十大鎮”之壹，其中心地區隸屬興化縣所轄竈四(上)裏。清鹹豐三年(1853年)，太平軍占領江南，江寧、鎮江、句容、蘇州等地的部分居民又遷入大垛定居。
民國元年(1912年)，興化實行市鄉制，大垛為大垛鄉。民國二十三年 (1934年)實行保甲制，大垛屬第二區。1941年，興化縣抗日民主政府成立，大垛屬臨城區。1943年10月，大垛部分地區隸屬草馮區。同年12月至1949年，大垛部分地區先後隸屬興東縣、溱潼縣。1949年9月，大垛仍歸興化縣。1950年，興化縣***轄19個區、242個鄉鎮，今大垛北部隸屬草馮區，中部隸屬大垛區。1958年，興化實行大鄉制，***為35個鄉和1個縣屬鎮，今大垛行政區範圍隸屬大垛鄉。1958年，今大垛屬竹泓公社。1959年，大垛為興化縣7個片之壹，管轄大垛、竹泓、林湖、昌榮4個公社。1963年建立11個區，大垛區轄大垛、荻垛、陶莊公社。1973年，興化為10個區，大垛區轄大垛、荻垛、陶莊、昌榮公社。1983年，興化建鄉，大垛為大垛鄉。1986年12月至今，大垛鄉仍為大垛鎮。