溫州古稱甌，甌江口習稱甌海。甌海上古時代屬“甌”地之壹部分，據古籍《山海經·海內南經》載：“甌居海中”。甌海之名由此而來。
甌海區在戰國和秦時屬東越地，西漢初屬東甌國地，東漢初為章安縣地，後為永寧縣。隋朝起置永嘉縣，直至民國。
甌海區在隋朝起置永嘉縣，直至民國。解放後，從1950年至1958年，甌海區仍隸永嘉縣，1958年劃歸溫州市管轄， 1981年12月12日國務院批準同意析溫州市郊區設立甌海縣，由溫州市管轄。1992年3月撤縣設區。