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。1943年，桐垱镇改名为自井镇。1953年改为自流井区。
1996年，自流井区面积12.6平方千米，人口约19.9万人。辖五星街、东兴寺街、新街、郭家坳街4个街道，区政府驻解放路。
2000年第五次人口普查，自流井区常住总人口206060人，其中：五星街街道57993人，东兴寺街道76137人，新街街道27247人，郭家坳街道44683人。
2005年6月15日，国务院（国函[2005]52号）批复同意调整自贡市部分行政区划：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。调整后，自流井区总面积152.94平方千米，总人口330064人（另一数据：全区户籍总人口34.29万人，其中农业人口7.87万人）。辖6个街道、3个镇、4个乡：五星街街道、东兴寺街道、新街街道、郭家坳街道、丹桂街道、学苑街道、仲权镇、舒坪镇、荣边镇、红旗乡、高峰乡、农团乡、漆树乡。
2010年第六次人口普查，自流井区常住总人口346403人，其中：五星街街道51135人，东兴寺街道53633人，新街街道16952人，郭家坳街街道36646人，丹桂街道61032人，学苑街道51148人，仲权镇18160人，舒坪镇16828人，荣边镇11713人，红旗乡8586人，高峰乡12034人，农团乡3758人，漆树乡4778人。