古代在公井（今貢井區(qū)）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(qū)所轄桐垱鎮(zhèn)、長坵鎮(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)設區(qū)，自流井鎮(zhèn)為市直屬第一區(qū)，長坵鎮(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)，建置為縣一級政權。

所轄紅旗、永勝、世平、鞏固4個鄉(xiāng)合并為紅旗、永勝兩個鄉(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。

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(qū)。

1968年4月23日成立區(qū)革命委員會。

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月恢復區(qū)人民政府。

2005年5月，紅旗鄉(xiāng)、舒坪鎮(zhèn)、仲權鎮(zhèn)、榮邊鎮(zhèn)、高峰鄉(xiāng)、農團鄉(xiāng)、漆樹鄉(xiāng)劃歸自流井區(qū)管轄。

2006年9月21日，自流井區(qū)設立丹桂街道辦事處、學苑街道辦事處。

2019年撤銷農團鄉(xiāng)和漆樹鄉(xiāng)，設立飛龍峽鎮(zhèn)，撤銷紅旗鄉(xiāng)設立紅旗街道，撤銷高峰鎮(zhèn)設立高峰街道，撤銷舒坪鎮(zhèn)設立舒坪街道。