张店古称黄桑店。宋代，黄桑店中有一张氏店户，门庭大，客房多，生意兴隆，闻名遐迩。后来黄桑店之名渐被张家店取代。至元代，称之为张店。
秦置昌国县。元初为淄川县三镇之一。民国为桓台县第2区。1946年6月，张店第一次解放时，成立张店区，隶属淄博特区。1947年3月，张店第二次解放，建立张店市，隶属渤海行署。1948年3月，张店第三次解放，重建张店市。1950年5月，撤销张店市，并入桓台县。同年11月，成立张周市，张店划为张周市二区。1955年，淄博专区改为淄博市，撤销张周市，成立淄博市张店区。
1992年1月24日，撤销四宝山乡，设立四宝山镇；撤销石桥乡，设立石桥镇。1992年12月12日，撤销傅家乡，设立傅家镇。1994年12月29日，撤销房镇乡，设立房镇镇。
1995年1月4日，撤销大张乡，设立大张镇。1995年11月29日，设立科苑街道办事处，将公园街道办事处人民路川北和马尚镇的五里桥村划归科苑街道办事处管辖，办事处机关驻桑北路；设立和平街道办事处，将公园街道办事处商场西街、美食街以南和车站街道办事处胶济铁路以北、柳泉路以西的区域划归和平街道办事处管辖，办事处机关驻太平路；将洪沟街道办事处更名为杏园街道办事处，将丰水镇的良乡村划归杏园街道办事处。
1996年，全区面积349.2平方千米，人口约58万人，辖11镇6个街道。区政府驻马尚镇。
1997年1月7日，撤销石桥镇、四宝山镇，合并设立宝石镇（鲁政函民字[1997]1号）。2000年末，全区辖6个街道、9个镇，56个居委会、140个村委会。
2000年第五次人口普查，张店区常住总人口712290人，其中：车站街道50006人，公园街道61044人，杏园街道37913人，和平街道41000人，科苑街道74593人，体育场街道58138人，马尚镇43115人，南定镇98458人，沣水镇40997人，湖田镇29765人，傅家镇37502人，中埠镇21252人，卫周镇24487人，大张镇13822人，房镇镇14223人，宝石镇65975人。
2001年4月3日，大张镇整建制合并到房镇镇。2001年末，全区总面积272平方千米。总人口59.88万人，其中非农业人口42.45万人。辖6个街道、8个镇，127个行政村、72个居委会。
2002年末，全区总面积272平方千米。总人口61.14万人，其中非农业人口43.85万人，少数民族3404人。辖6个街道、8个镇，140个行政村（居委会）。
2003年7月4日，山东省政府批复同意将桓台县果里镇的闫高村、小官村、韩庙村、刘斜村、罗斜村、甘家村和周家镇的杨楼村、郭家村共8个村划归张店区石桥街道办事处管辖。
2003年末，全区总面积244.2平方千米。总人口59.64万人，其中非农业人口44.75万人。辖7个镇、6个街道，114个行政村、72个社区。（数据不包括淄博高新区部分，下同）
2007年末，全区总面积244.2平方千米。户籍人口61.05万人，其中非农业人口47.12万人。辖7个镇、6个街道，114个行政村、72个社区。
2010年11月6日，《淄博市人民政府关于调整部分区县乡镇街道办事处行政区划的通知》（淄政发[2010]90号）：撤销湖田镇，将其原行政区域并入杏园街道。办事处机关驻地不变。撤销卫固镇、石桥街道，将原卫固镇、石桥街道所辖行政区域并入四宝山街道。办事处机关驻地不变。调整后，全区辖7个街道、6个镇：车站街道、公园街道、杏园街道、和平街道、科苑街道、体育场街道、四宝山街道、马尚镇、南定镇、沣水镇、傅家镇、中埠镇、房镇镇。区政府驻马尚镇。
2015年4月，杏园街道更名为湖田街道，街道办事处驻地由洪沟路33号迁至湖光路5号（原湖田镇政府所在地）。