孫祖鎮建國初期始稱孟良崮公社。
1928年，境域屬沂水縣依汶區（后稱五區）。
1939年10月，沂南縣設孫祖鄉。
1941年6月，改稱孫祖區。
1958年2月，增設孟良崮鄉（駐地代莊）；10月，分設孫祖、孟良崮二個人民公社。
1963年5月，設孫祖區。
1968年，改稱孫祖公社。
1983年5月，撤銷公社設孫祖區。
1985年9月，撤區設孫祖鄉。
1996年12月，撤鄉設孫祖鎮。
2001年，代莊鄉并入。
鎮名沿用至今。