战国属燕。三国魏属幽州昌黎郡。隋属柳城郡。唐属营州。辽置安昌县。元并入锦州。清属锦州府锦县。光绪三十二年（1906）析锦县西境设江家屯抚民通判，治所江家屯（今连山区钢屯镇）。1913年置锦西县，因地处锦县西部，故名，属奉天省辽沈道。1929年属辽宁省。日寇侵占时，属锦州省。伪满大同元年（1932年）治所迁至连山。1945年光复后，属辽西省。1954年属辽宁省。
乾隆四十三年（1778年）置塔子沟厅，伪满康德四年（1937年）改建昌县，解放初属热河省，1956年属辽宁省朝阳专区。光绪十八年（1902年）置绥中县。辽统和八年（990年）置兴城县，元废兴城县，明置宁远卫，清为宁远州，1913年改宁远县，1914年更名为兴城县。
1956年2月，锦西、兴城、绥中属辽宁省锦州专区。1956年9月11日，《国务院关于设置葫芦岛市的决定》（国务院全体会议第37次会议通过）：设置葫芦岛市，其行政区域为原锦西县的城关区、第九区的15个行政村和杨家杖子镇。1957年6月14日，《国务院关于撤销葫芦岛市的决定》（国务院全体会议第52次会议通过）：撤销辽宁省葫芦岛市。将葫芦岛市所属行政区域全部划归锦西县领导。
1966年锦西、兴城、绥中属锦州市领导，建昌县属朝阳市领导。1961年3月，锦西县马杖房镇划归锦州市领导并改设锦西区；1969年12月划回锦西县领导，改锦西区为马杖房镇。1972年，锦西县南票镇划归锦州市领导并改设锦州市南票工矿区；1976年划回锦西县管辖，改南票工矿区为南票镇。
1982年12月18日，撤锦西县设锦西市（县级）（国务院1985年1月17日批准）。1983年，以锦西县的南票镇和沙锅屯公社设立锦州市南票区；以锦西县葫芦岛镇和稻池公社的8个大队、2个渔业大队设立锦州市葫芦岛区。1987年1月，撤兴城县设兴城市（县级）（国务院1986年12月13日批准）。2市由锦州市代管。
1989年6月12日国务院批准锦西升格为地级市，实行市管县的领导体制。同时组建连山区，将锦州市管辖的绥中县、葫芦岛区、南票区和代管的兴城市，将朝阳市管辖的建昌县，均划归锦西领导。1994年9月20日经国务院批准，锦西市更名为葫芦岛市。原锦西市所属葫芦岛区同时更名为葫芦岛市龙港区。
2000年第五次人口普查，葫芦岛市常住人口2580685人，其中，连山区596009人、龙港区168673人、南票区136254人、绥中县600101人、建昌县555121人、兴城市524527人。
2002年，葫芦岛市面积10415平方千米，辖35个街道、23个镇、11个民族镇、37个乡、22个民族乡，1452个村委会、225个居委会。
2004年末，葫芦岛市面积10375.72平方千米，人口273.0万人。2004年末全市总户数89.5万户，总人口273.0万人，其中非农业人口为80.5万人，占总人口的29.5％；农业人口192.5万人，占总人口的70.5％。辖3个市辖区、1个县级市、2个县，35个街道、34个镇、59个乡（含22个民族乡），207个社区、1066个行政村。
2006年4月，将兴城市双树乡建制及其部分行政区域划归龙港区管辖，余下区域划归兴城市古城街道。2007年5月22日，辽宁省政府《关于同意调整葫芦岛市部分行政区划的批复》（辽政[2007]100号）：同意将兴城市双树乡划归龙港区管辖，并将原双树乡东8里村划归兴城市古城街道办事处管辖，干柴村、韩家村划归兴城市城东街道办事处管辖。区划调整后，龙港区双树乡辖双树、东砬、兴北、老和、东窑5个村，辖区面积34.2平方千米，乡政府驻地双树村。
2010年第六次人口普查，葫芦岛市常住人口2623541人，其中，连山区605186人，龙港区244053人，南票区120969人，绥中县586620人，建昌县520537人，兴城市546176人。
2011年，将连山区高桥镇整建制划归南票区（辽政[2011]205号）。2012年，将连山区台集屯镇、金星镇划入南票区（辽政[2012]19号）；将连山区虹螺岘镇、张相公屯乡划入南票区（辽政[2012]23号）；将连山区大兴乡划入南票区。
2013年11月12日，省政府（辽政[2013]226号）批复同意：将高桥农场北至南票区高桥镇万家屯村，南至打渔山泵业产业园区和谐路，东至王三线公路、毗邻季家屯村，西至沈山铁路高桥段的3.5平方公里区域，划归连山区管辖；将打渔山南票新城东至解放路，西至渔山路，南临滨海大道，北至建业街的1平方公里区域，划归南票区管辖。
附：开发区
1993年6月，国务院批准设立葫芦岛经济技术开发区。1995年8月18日，葫芦岛市人民政府批准：龙港区与葫芦岛经济技术开发区合署办公。？年，设立葫芦岛市高桥经济技术开发区，以连山区高桥镇辖区为高桥经济技术开发区辖区；高桥镇和高桥经济技术开发区合署办公。
2000年3月20日，设立葫芦岛市杨家杖子经济技术开发区，以连山区杨家杖子街道辖区为杨家杖子经济技术开发区辖区；杨家杖子街道和杨家杖子经济技术开发区合署办公。2001年1月18日，国家知识产权局批准设立葫芦岛国家专利技术园区。2003年1月，辽宁省政府批准设立葫芦岛高新技术产业开发区。
2006年4月17日，葫芦岛经济技术开发区与龙港区分立，独立设立开发区管委会，由葫芦岛市委、市政府直接领导，但行政社会管理职能仍由龙港区行使。2006年9月22日，辽宁省政府《关于设立辽宁阜新高新技术产业园区等3个省级开发区的批复》（辽政[2006]176号）批准：辽宁葫芦岛八家子经济开发区（原名为葫芦岛市八家子经济技术开发区）为省级开发区，归属建昌县管理。