古代在公井（今貢井區(qū)）域內(nèi)。
漢時(shí)屬犍為郡江陽(yáng)縣。
北周（557-591）至宋、元時(shí)期均屬榮州（今榮縣）。
明嘉靖年間，改屬富順縣。
1939年9月，正式成立自貢市政府。
富順縣第五區(qū)所轄桐垱鎮(zhèn)、長(zhǎng)坵鎮(zhèn)等五鎮(zhèn)三鄉(xiāng)劃歸自貢市管轄，其中之桐垱鎮(zhèn)、長(zhǎng)坵鎮(zhèn)即今之自流井區(qū)。
1942年桐垱鎮(zhèn)更名為自流井鎮(zhèn)。
是年廢鎮(zhèn)設(shè)區(qū)，自流井鎮(zhèn)為市直屬第一區(qū)，長(zhǎng)坵鎮(zhèn)為第二區(qū)治所未變。
1949年12月，接收原第一區(qū)和第二區(qū)。
1950年3月25日，市人民政府決定，將一、二區(qū)合并為第一區(qū)。
1953年1月，將第一區(qū)按地名改稱自流井區(qū)，建置為縣一級(jí)政權(quán)。
所轄紅旗、永勝、世平、鞏固4個(gè)鄉(xiāng)合并為紅旗、永勝兩個(gè)鄉(xiāng)，6月，兩鄉(xiāng)劃郊區(qū)管轄，自流井區(qū)成為純城市區(qū)。
1957年1月，自流井、大安兩區(qū)合并，仍稱自流井區(qū)。
1959年兩區(qū)又分設(shè)。
1960年5月1日，成立自流井城市人民公社。
1960年6月，和平、鳳凰和紅旗3個(gè)公社先后劃歸自流井區(qū)。
1968年4月23日成立區(qū)革命委員會(huì)。
1979年7月，和平、鳳凰和紅旗公社又劃歸大安區(qū)，自流井區(qū)再次成為純城市區(qū)。
至1980年11月恢復(fù)區(qū)人民政府。
2005年5月，紅旗鄉(xiāng)、舒坪鎮(zhèn)、仲權(quán)鎮(zhèn)、榮邊鎮(zhèn)、高峰鄉(xiāng)、農(nóng)團(tuán)鄉(xiāng)、漆樹(shù)鄉(xiāng)劃歸自流井區(qū)管轄。
2006年9月21日，自流井區(qū)設(shè)立丹桂街道辦事處、學(xué)苑街道辦事處。
2019年撤銷(xiāo)農(nóng)團(tuán)鄉(xiāng)和漆樹(shù)鄉(xiāng)，設(shè)立飛龍峽鎮(zhèn)，撤銷(xiāo)紅旗鄉(xiāng)設(shè)立紅旗街道，撤銷(xiāo)高峰鎮(zhèn)設(shè)立高峰街道，撤銷(xiāo)舒坪鎮(zhèn)設(shè)立舒坪街道。