原屬鄖縣，1967年劃出屬十堰辦事處，1970年屬十堰市，1984年5月撤銷十堰公社設立張灣區。

1996年，張灣區面積650平方千米，人口約24萬人。轄5個街道、2個鎮、5個鄉：車城路街道、紅衛街道、花果街道、漢江路街道、白浪街道、柏林鎮、黃龍鎮、方灘鄉、西溝鄉、舒家鄉、大路鄉、茅坪鄉。區政府駐公園路。

2000年第五次人口普查，張灣區總人口321969人，其中（4個街道、2個鎮、5個鄉）：花果街道43964人，紅衛街道55263人，車城街道101752人，漢江街道61872人，黃龍鎮15162人，柏林鎮9884人，舒家鄉4461人，方灘鄉7207人，大路鄉5861人，西溝鄉5242人，茅坪鄉5982人，西城開發區5319人。

2004年末，張灣區總人口32萬人，轄4個街道、2個鎮、2個鄉，40個居委會、67個村委會。2005年末，張灣區轄4個街道、2個鎮、2個鄉，33個居委會、67個村委會。

2010年第六次人口普查，張灣區常住總人口368471人，其中：花果街道49027人，紅衛街道85628人，車城路街道121907人，漢江路街道77559人，黃龍鎮14291人，柏林鎮8689人，方灘鄉3442人，西溝鄉3345人，西城開發區4090人，秦家坪林場229人，鳳凰山茶場264人。