漢時屬犍為郡江陰縣，北周時屬富世縣（今富順縣），1939年成立自貢市，將富順縣第五區所轄的4鎮3鄉全部劃歸自貢。4鎮中的桐垱鎮、長垱鎮即今之自流井區。1943年，桐垱鎮改名為自井鎮。1953年改為自流井區。

1996年，自流井區面積12.6平方千米，人口約19.9萬人。轄五星街、東興寺街、新街、郭家坳街4個街道，區政府駐解放路。

2000年第五次人口普查，自流井區常住總人口206060人，其中：五星街街道57993人，東興寺街道76137人，新街街道27247人，郭家坳街道44683人。

2005年6月15日，國務院（國函[2005]52號）批復同意調整自貢市部分行政區劃：將自貢市大安區的紅旗鄉，沿灘區的仲權鎮、舒坪鎮、高峰鄉、農團鄉、漆樹鄉和貢井區的榮邊鎮劃歸自流井區管轄。調整后，自流井區總面積152.94平方千米，總人口330064人（另一數據：全區戶籍總人口34.29萬人，其中農業人口7.87萬人）。轄6個街道、3個鎮、4個鄉：五星街街道、東興寺街道、新街街道、郭家坳街道、丹桂街道、學苑街道、仲權鎮、舒坪鎮、榮邊鎮、紅旗鄉、高峰鄉、農團鄉、漆樹鄉。

2010年第六次人口普查，自流井區常住總人口346403人，其中：五星街街道51135人，東興寺街道53633人，新街街道16952人，郭家坳街街道36646人，丹桂街道61032人，學苑街道51148人，仲權鎮18160人，舒坪鎮16828人，榮邊鎮11713人，紅旗鄉8586人，高峰鄉12034人，農團鄉3758人，漆樹鄉4778人。