温州市古为瓯越地，也称东瓯，又称欧城。瓯为一种陶制器皿的名称。约在新石器时代，温州居住着原始瓯人并制作陶器。西汉初年建为东瓯国，流经温州的河流叫瓯江。温州别名斗城、白鹿城。温州古城建于东晋明帝太宁元年（公元323年）。《温州府志》载，当年建城时，太守郭璞登上西山，瞭望周围诸山，错立如斗、便对当地百姓说：“城饶山外，当聚富盛，然不免兵戈水火城建于山，则寇不入斗，可长保安逸。”于是他仿照北斗星体位置，围绕诸山筑城，故称斗城。传说在筑城时，有只白鹿衔花疾奔而来把花吐在城墙上，然后化作一团样云冉冉飞入天际，白鹿跑过的地方，一片鸟语花香。人们为取吉利，称为白鹿城或鹿城。
温州古为瓯地，秦统一全国后属闽中郡。西汉惠帝三年（前192）为东海王（俗称东瓯王驺摇）都地。汉顺帝永和三年（138）析章安县东瓯乡置永宁县，县治设在瓯江下游北岸今永嘉境内，是为温境建县之始。东晋明帝太宁元年（323），析临海郡南部永宁、安固、横阳、松阳四县置永嘉郡，隶扬州，郡治设在瓯江下游南岸（今鹿城区），是温州建郡之始。唐高祖武德五年（622）置东嘉州，高宗上元二年（675）置温州。因地在温峤岭南，“虽隆冬而恒燠”，四季温和湿润，故名温州。
辛亥革命爆发，1911年11月8日温州成立“军政分府”，隶浙江军政府。民国3年（1914）6月置瓯海道，辖温州、处州二府，道尹公署驻永嘉县，属浙江省。21年（1932）建立行政督察区。温州区初称浙江省第十县政督察区，督察专员办事处驻永嘉县。后数度更名，称第四特区、第三特区、永嘉行政督察区、第八行政督察区，37年（1948）4月，改称第五行政督察区。1949年5月7日温州和平解放，建立温州军事管制委员会；8月26日成立第五专区，并设温州市。中华人民共和国成立后，改第五专员公署为温州区专员公署,后称温州专员公署。其后，名称和辖县有所变动。1981年9月温州地区和温州市合并建立温州市，实行市管县体制。
2015年，《国务院关于同意浙江省调整温州市部分行政区划的批复》（国函[2015]122号）：同意撤销洞头县，设立温州市洞头区，将温州市龙湾区灵昆街道划归洞头区管辖，以原洞头县和龙湾区灵昆街道的行政区域为洞头区的行政区域。洞头区人民政府驻北岙街道县前路12号。
温州市现辖鹿城、龙湾、瓯海、洞头4区，永嘉、平阳、苍南、文成、泰顺5县，代管瑞安、乐清2市（县级）。