地名由来：以洞头岛（洞头山）得名，据《中国地名辞源》：南端有洞与半屏山(岛)北一洞隔海相对，前者称为娘娘洞头，后者称娘娘洞尾，故名。
2022年4月，教育部确定洞头区为2021年全国义务教育优质均衡先行创建县（市、区）。
2021年12月，洞头区授牌命名为平安中国建设示范县。
2021年6月，浙江省人民政府公布洞头区为浙江省“四好农村路”省级示范县(市、区)。
2021年5月，根据第七次全国人口普查结果，洞头区人口数量为10.7万人，位列温州市各县市区人口数量排行榜第12位，位列浙江省各县市区人口数量排行榜第89位，位列全国各县市区人口数量排行榜第2554位。
2021年3月，洞头区上榜2021中国县域网络购买力百强榜第70名。
2020年11月，水利部公布第三批节水型社会建设达标县（区）名单，洞头区上榜。
2019年12月，农业农村部公布国家级渔业健康养殖示范县（第五批）名单，洞头区榜上有名。
洞头位于浙江东南沿海，是全国14个海岛区（县）之一，现辖5街道1镇1乡，共有83个村社（行政村65个、未改制居2个、社区16个），户籍人口15.5万，城镇化率53.82%，总面积2862平方公里，拥有302个岛。区情特征可用“五个海”来概括：一是海洋空间广阔。海洋资源丰富，可供浅海养殖面积7.3万亩，养殖用海5万亩。二是海湾岸线众多。拥有海岸线351公里，温州港两个核心港区在洞头，已开通至台湾、日本、俄罗斯、东南亚航线，状元岙国际邮轮港已常态化运营。三是海岛生态优美。旅游资源丰裕，洞头是国家4A级旅游景区、中国七夕文化之乡。四是海鲜海产丰富。洞头是浙江第二大渔场，渔场面积4800多平方公里，拥有鱼虾类300多种、贝类20多种，荣获中国文蛤之乡、中国羊栖菜之乡和浙江省紫菜之乡。五是海霞文化深厚。作为海霞故乡，因先锋女子民兵连和《海霞》电影扬名华夏。洞头先锋女子民兵连纪念馆是国家级国防教育基地、全国爱国主义教育示范基地、全国红色旅游经典景区和省级干部党性教育基地。
新中国成立70年来，在中国共产党的领导下，洞头克服海岛地区的艰苦条件，自强不息，创业创新，取得了令人瞩目的成就。这其中有两条道路始终为洞头人民所牢记。第一条是革命先烈浴血奋战的解放洞头之路。解放军四进洞头岛，直到1952年1月洞头才彻底解放。第二条是习近平总书记提出的建设海上花园之路。2003年，时任浙江省委书记习近平同志对洞头提出了“真正把洞头建设成为名副其实的‘海上花园’”的战略构想，洞头从此踏上了海上花园建设的新征程。
回顾历史，洞头干成了许多具有里程碑意义的大事、要事，实现了三大历史性转变：第一个转变是陆岛相连，孤岛变半岛。2006年，半岛通车海岛连国道，千年梦圆天堑变通途。第二个转变是撤县设区，海岛变城市。2015年，洞头撤县设区，成为温州城市东拓的主平台。第三个转变是两山实践，渔村变花园。践行“绿水青山就是金山银山”的思想，保持不再围垦定力，在保护、修复、提升上狠下功夫，撬动“黄沙变黄金、石屋变银屋”。近年来，洞头荣获20余张国家级名片，2018年成功入选全国“两山”实践创新基地。
历史沿革：
西汉始元二年（前85）属回浦县，隶会稽郡。
东汉建武元年（25）改回浦县为章安县，属章安县。
东晋太宁元年（323）分临海郡立永嘉郡，以永宁县为郡治。
唐武德五年（622）分括州置东嘉州，分永嘉县复置乐成县，仍属乐成县，隶东嘉州；七年又撤乐成县并入永嘉县，复属永嘉县。
贞观元年（627）废东嘉州，永嘉县隶属括州。
载初元年（689）复置乐成县，隶温州，仍属乐成县。
五代十国时，乐成县属吴越国。
后梁开平二年（908）改乐成为乐清，属乐清县，仍隶属温州。
南宋咸淳元年（1265）属瑞安府。
元时属温州路。
明时属温州府。
清雍正六年（1728）置玉环厅，属玉环厅第二十都，隶温州府。
1953年析玉环县洞头、大门2个区及周围小岛置洞头县，属温州专区。
1958年撤县并入玉环县，设洞头、大门2个区。
1959年1月玉环县撤销，将玉环县的洞头、大门2个区重新划归温州市。
1964年10月恢复洞头县，属温州专区。
1981年属温州市。
2015年7月，撤销洞头县，设立温州市洞头区，将温州市龙湾区灵昆街道划归洞头区。