古代在公井（今貢井區）域內。
漢時屬犍為郡江陽縣。
北周（557-591）至宋、元時期均屬榮州（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。
富順縣第五區所轄桐垱鎮、長坵鎮等五鎮三鄉劃歸自貢市管轄，其中之桐垱鎮、長坵鎮即今之自流井區。
1942年桐垱鎮更名為自流井鎮。
是年廢鎮設區，自流井鎮為市直屬第一區，長坵鎮為第二區治所未變。
1949年12月，接收原第一區和第二區。
1950年3月25日，市人民政府決定，將一、二區合并為第一區。
1953年1月，將第一區按地名改稱自流井區，建置為縣一級政權。
所轄紅旗、永勝、世平、鞏固4個鄉合并為紅旗、永勝兩個鄉，6月，兩鄉劃郊區管轄，自流井區成為純城市區。
1957年1月，自流井、大安兩區合并，仍稱自流井區。
1959年兩區又分設。
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個公社先后劃歸自流井區。
1968年4月23日成立區革命委員會。
1979年7月，和平、鳳凰和紅旗公社又劃歸大安區，自流井區再次成為純城市區。
至1980年11月恢復區人民政府。
2005年5月，紅旗鄉、舒坪鎮、仲權鎮、榮邊鎮、高峰鄉、農團鄉、漆樹鄉劃歸自流井區管轄。
2006年9月21日，自流井區設立丹桂街道辦事處、學苑街道辦事處。
2019年撤銷農團鄉和漆樹鄉，設立飛龍峽鎮，撤銷紅旗鄉設立紅旗街道，撤銷高峰鎮設立高峰街道，撤銷舒坪鎮設立舒坪街道。