丹徒歷史悠久，最早稱“宜”，西周康王封給虞侯矢的領地。春秋時屬吳國，名朱方。吳亡屬越，越亡屬楚，更名谷陽。秦時置縣，屬會稽郡。秦始皇三十七年（公元前210年）遣赭衣囚徒鑿京峴山東南壟，改谷陽縣為丹徒縣。三國吳嘉禾三年（公元234年）改名武進縣，西晉太康三年（282年）復名丹徒縣。隋開皇九年（589年）廢丹徒縣入延陵縣，唐武德三年（620年）復丹徒縣。后歷朝均以丹徒名縣。民國十七年（1928年）七月，改鎮江縣。
1949年解放后，劃城區及近郊為鎮江市，農村為丹徒縣，1958年3月撤丹徒縣并入鎮江市，1962年3月市縣分置，恢復丹徒縣建制至今。建國后，丹徒隸屬鎮江地區（專區），1983年實行市管縣后，屬鎮江市。中國共產黨丹徒縣委員會、丹徒縣人民政府均駐鎮江市區。1995年丹徒縣規劃建設新城。2002年4月3日，國務院批準（國函[2002]24號）：撤銷丹徒縣，設立鎮江市丹徒區，以原丹徒縣的行政區域為丹徒區的行政區域。區人民政府駐谷陽鎮。同年9月，中共丹徒區委、區政府遷入新城行政中心。
1999年12月，經江蘇省人民政府同意，省民政廳、鎮江市人民政府批復，榮炳鄉、三山鄉、西麓鄉、世業鄉撤鄉設鎮。年底全縣轄15個鎮、2個鄉，7個居委會、259個行政村。
2000年第五次人口普查，丹徒縣總人口375973人，其中：姚橋鎮25072人，石橋鎮20837人，大路鎮29812人，高橋鎮21187人，丁崗鎮20789人，辛豐鎮32958人，黃墟鎮22896人，三山鎮20651人，西麓鎮19430人，上黨鎮30491人，上會鎮25107人，寶堰鎮24685人，榮炳鎮19104人，高資鎮26553人，世業鎮12224人，江心鄉7892人，石馬鄉16285人。
2001?年，經江蘇省人民政府批準同意：（1）將高資鎮、石馬鎮合并為高資鎮，實行鎮管村制度，鎮政府駐高資。區劃調整后，高資鎮行政區域136.05平方千米，人口為4.2萬人，轄26個村委會、1個居委會。（2）將姚橋鎮、石橋鎮合并為姚橋鎮，鎮政府駐姚橋。區劃調整后，姚橋鎮行政區域56平方千米，人口為4.66萬人，轄37個村委會、2個居委會。（3）將西麓鎮、三山鎮合并入谷陽鎮，鎮政府駐谷陽。區劃調整后，谷陽鎮行政區域81.89平方千米，人口為3.3萬人，轄26個村委會、1個居委會。
2003年10月15日，江蘇省政府（蘇政復[2003]87號）批復同意將丹徒區丁崗鎮劃歸京口區管轄。調整后，丹徒區行政區域面積770平方千米，人口34.39萬人，轄13個鎮。
2004年末，全區總人口36.11萬人。姚橋鎮面積55.88平方千米，人口42661人。大路鎮面積17.50平方千米，人口28076人。丁崗鎮面積40.00平方千米，人口20258人。高橋鎮面積29.07平方千米，人口19706人。江心鎮面積16.01平方千米，人口8199人。辛豐鎮面積50.70平方千米，人口32632人。黃墟鎮面積40.20平方千米，人口21494人。谷陽鎮面積82.96平方千米，人口40355人。上黨鎮面積78.00平方千米，人口28145人。上會鎮面積57.60平方千米，人口24125人。寶堰鎮面積40.19平方千米，人口23546人。榮炳鎮面積40.50平方千米，人口20385人。高資鎮面積100.52平方千米，人口41611人。世業鎮面積29.30平方千米，人口13883人。（數據來源于《江蘇省統計年鑒》）
2005年，丹徒區由14個鎮調整為7個鎮：保留世業鎮、高資鎮、谷陽鎮，撤銷江心鎮、高橋鎮，合并設立高橋鎮，鎮政府駐地為高橋鎮；撤銷黃墟鎮、辛豐鎮，合并設立辛豐鎮，鎮政府駐地辛豐鎮；撤銷榮炳鎮、寶堰鎮，合并設立寶堰鎮，鎮政府駐地寶堰鎮；撤銷上會鎮、上黨鎮，合并設立上黨鎮，鎮政府駐地為上黨鎮。調整后，丹徒區轄7個鎮：高橋鎮、辛豐鎮、谷陽鎮、上黨鎮、寶堰鎮、高資鎮、世業鎮。各鎮平均面積87.32平方千米，人口3.84萬人。區政府駐谷陽鎮。（此外，大路鎮、姚橋鎮、丁崗鎮劃歸京口區管轄，并委托鎮江新區管理）
2007年7月，將谷陽鎮詐輸、駙馬莊、繆家甸、姚莊、光明、西麓、鎮南、張巷、陸村、長山等10個社區（村）委托丹徒新城管轄。
2009年末，丹徒區總面積749平方千米、總人口28.14萬人。其中：高橋鎮面積56.23平方千米、人口28248人，辛豐鎮面積74.88平方千米、人口52675人，谷陽鎮面積95.39平方千米、人口50538人，上黨鎮面積112.63平方千米、人口49424人，寶堰鎮面積80.69平方千米、人口44163人，高資鎮面積100.52平方千米、人口42963人，世業鎮面積29.3平方千米、人口14403人。（數據來源于《江蘇省統計年鑒》）
2010年第六次人口普查，丹徒區常住總人口302345人，其中：高橋鎮19443人，辛豐鎮52751人，谷陽鎮29821人，上黨鎮51354人，寶堰鎮22586人，高資鎮42916人，世業鎮12143人，丹徒新城管委會44473人，江心洲生態農業園區7052人，榮炳鹽資源區19806人。
2011年8月，撤銷高資鎮，設立高資街道，辦事處駐人民路1號，管理1個居委會、12個行政村。2012年末，全市總面積611平方千米，總人口28.73萬人（江蘇統計年鑒）。
2013年9月22日，江蘇省政府（蘇政復[2013]94號）批復同意將谷陽鎮的姚莊、詐輸、駙馬莊、繆家甸、光明、新城6個居委會和張巷、鎮南、陸村、西麓、長山5個村委會劃出設立宜城街道。調整后，丹徒區政府駐宜城街道谷陽中大道1號；宜城街道面積49.8平方千米，常住人口6萬人，管理6個居委會、5個村委會；谷陽鎮面積46.75平方千米，常住人口4.7萬人，轄1個居委會、11個村委會。