春秋战国时期（公元前770年—公元前221年），区境属蜀国辖地。秦惠文王更元九年（公元前316年），秦灭蜀。十四年（公元前311年），置南安县。十五年（公元前310年），设蜀郡，区境隶蜀郡南安县。汉武帝建元六年（公元前135年），开发“西南夷”，分割蜀郡、广汉郡，设置犍为郡，区境隶犍为郡南安县。南朝梁武帝大同十年（544年）废犍为郡，置戎州，领郡辖县。西魏时，区境隶戎州六同郡僰道县。北周武帝保定三年（563年），郡县变更频繁，隶属关系交错，区境被戎州、嘉州、陵州分割，隶于嘉州平羌郡平羌县、戎州沉犀郡武阳县、陵州怀仁郡蒲县。隋文帝开皇三年（583年），罢郡置州，以州统县。时置戎州，废沉犀郡，改武阳县为犍为县，区境西南部隶戎州犍为县。四年（584年），嘉州平羌县移入区境（治所在金山镇）。区境东北部隶嘉州平羌县。隋文帝开皇十一年（591年），平羌县治所迁出区境，随即改置大牢镇，十三年（593年）又升为大牢县，区境东北部隶资州大牢县。隋炀帝即位后，改州为郡，以郡统县。大业十一年（615年），析置玉津县（治所在冠英镇）。区境西北部隶眉山郡玉津县，东北部隶资阳郡大牢县，西南部隶戎州犍为县。

唐分天下为十道，四川据有剑南、山南、黔中三道。剑南道辖嘉州、荣州、戎州等十九州。区境东北部隶荣州大牢县，西北部隶嘉州玉津县，西南部隶嘉州犍为县。其间，武德六年（623年），荣州治所由公井县迁至大牢县（即金山镇）。贞观六年（632年），分大牢县地析置旭川县（即荣县）。永徽二年（651年），荣州治所由大牢县移至旭川县。景龙二年（708年），省云（荣）州罗水、云川、胡连三县并入大牢县。天宝元年（742年），改大牢县为应灵县（即金山镇）。五代时，前蜀、后蜀循唐制，州县无变更，区境隶属未改变。

北宋初期乾德四年（966年），改玉津县为玉津镇，并入犍为县。区境西南和西北部隶嘉州犍为县，东北部隶荣州应灵县。这种局面持续到南宋宝祐年间。直至元至大四年（1311年），方结束了近700年的“分治”局面，区境统属于四川行中书省嘉定府路犍为县。

“中华民国”二年（1913年），废省改道，以道统县，区境隶上川南道犍为县。中华民国二十四年（1935年），川政统一，四川划分为18个督察区，区境调整为第四区（五通片）、第五区（西坝片）。

1949年12月15日，区境获解放。1949年12月16日，成立中国人民解放军乐山军事管制委员会五通桥分会，接管旧政权。1950年1月成立五通桥区公所，隶属犍为县（属犍为县第四区）。1950年8月12日，第四区一分为二，置第七区（马踏）、第八区（五通桥）。1951年6月18日，成立中共五通桥工作委员会。1951年10月6日，召开五通桥市第一届各届人民代表大会。1951年10月9日，经中央人民政府内务部批准，建立五通桥市，隶属川南行政区乐山专区，正式从犍为县划出为县级市。1951年11月3日，建立中共五通桥市委员会。1952年8月，犍为县第九区（西坝片）划归五通桥市管辖，为川南行政区乐山专区五通桥市第六区。1953年，撤销四川四个行政区建立四川省，五通桥市属四川省乐山专区。1959年3月，撤销五通桥市，并入乐山县，为乐山县五通桥区。1962年7月，恢复五通桥市建制，隶属乐山专区。1964年5月，该五通桥市为五通桥区，为乐山专区直辖区。1978年5月，五通桥区与乐山县合并，成立乐山市（县级），为乐山地区乐山市五通桥区。

1985年5月，撤销乐山地区，成立省辖乐山市，五通桥区为市辖区（县级）至今。

2019年12月行政区划调整前，辖12个乡镇，即：1个乡（新云乡）、11个镇（竹根镇、杨柳镇、牛华镇、金山镇、辉山镇、桥沟镇、金粟镇、石麟镇、西坝镇、冠英镇、蔡金镇）。2019年12月，撤销杨柳镇，将其所属行政区域划归竹根镇管辖，竹根镇人民政府驻榕景大道128号。撤销新云乡，将其所属行政区域划归牛华镇管辖，牛华镇人民政府驻商业街623号。撤销辉山镇，将其行政区域划归金山镇管辖，金山镇人民政府驻生产街689号。撤销桥沟镇，将其行政区域划归金粟镇管辖，金粟镇人民政府驻姜市街86号。调整后，五通桥区辖8个镇，即：竹根镇、牛华镇、金山镇、金粟镇、石麟镇、西坝镇、冠英镇、蔡金镇。