冷水灘原為零陵縣的一個鎮。1960年2月，經湖南省批準設立冷水灘市。1962年10月，撤銷市建制，仍由零陵縣管轄。1969年改地區直屬鎮，同年改縣轄鎮。1984年6月，經國務院批準，恢復冷水灘市建制，轄原零陵縣黃陽司、普里橋、冷水灘、楚江圩4區和郵亭圩區白塘鄉。

1995年撤區并鄉，河東街道更名為梅灣村街道，城北街道更名為菱角山街道，城中街道更名為肖家園街道，城南街道更名為楊家橋街道，水浪壩鄉、仁灣鄉合并設立仁灣鎮，山頭鄉并入蔡市鎮，楚江圩鎮并入嵐角山鎮，孟公山鄉、白塘鄉合并設立伊塘鎮，香花壩鄉、潮水鄉合并設立竹山橋鎮，上嶺橋鄉、陽山觀鄉、馬路街鄉合并設立上嶺橋鎮，花橋鄉、坪塘鄉合并設立花橋街鎮，牛角壩鄉、牛角圩鄉合并設立牛角壩鎮，杉木橋鄉、楠木沖鄉并入普里橋鎮，水口橋鄉、郝皮橋鄉并入黃陽司鎮，易家橋鄉、高溪市鄉合并設立高溪市鎮。

1995年11月21日，國務院（國函[1995]110號）批準：撤銷零陵地區和永州市、冷水灘市，設立地級永州市和芝山區、冷水灘區。以原冷水灘市為冷水灘區的行政區域，冷水灘區人民政府駐清橋路。

1996年?，冷水灘區面積1221.7平方千米，人口46.5萬人。轄4個街道、11個鎮、2個鄉：梅灣街道、肖家園街道、楊家橋街道、菱角山街道、仁灣鎮、蔡市鎮、嵐角山鎮、伊塘鎮、竹山橋鎮、上嶺橋鎮、花橋街鎮、牛角壩鎮、普里橋鎮、黃陽司鎮、高溪市鎮、楊村甸鄉、珊瑚鄉。區政府駐梅灣街。

1997年7～8月，永州市委、市人民政府先后遷駐冷水灘區（2000年5月14日，國務院批準將永州市人民政府駐地由芝山區徐家井路遷止冷水灘區逸云路）。

2000年第五次人口普查，冷水灘區總人口423462人，其中：梅灣街道36246人，菱角山街道28668人，自家園街道17926人，楊家橋街道34603人，仁灣鎮17603人，花橋鎮15042人，普利橋鎮40463人，牛角壩鎮22319人，高溪市鎮18410人，黃陽司鎮35341人，人，上岑橋鎮22767人，竹山橋鎮19638人，伊塘鎮19099人，嵐角山鎮22666人，蔡市鎮13306人，珊湖鄉8485人，楊村甸鄉14800人，鳳凰園36080人。

2001年末，冷水灘區轄？個街道、11個鎮、2個鄉，333個村（居）委會，總人口49.58萬人。

2004年，冷水灘區轄6個街道、11個鎮、2個鄉：梅灣街道、菱角山街道、肖家園街道、楊家橋街道、梧桐街道、鳳凰街道、花橋街鎮、普利橋鎮、牛角壩鎮、高溪市鎮、黃陽司鎮、上嶺橋鎮、竹山橋鎮、伊塘鎮、嵐角山鎮、蔡市鎮、仁灣鎮、珊瑚鄉、楊村甸鄉。

2013年5月，省民政廳（湘民行發[2013]12號）批復同意撤銷珊瑚鄉，設立珊瑚、曲河2個街道。將原珊瑚鄉的嶺頭上、水汲江、東零橋、桃李坪、珍珠塘、高塘6個建制村和凌云路、長沖、古塘3個居委會，連同高溪市鎮的二皇廟、龍家嶺、馬坪3個建制村，成建制合并設立珊瑚街道。珊瑚街道轄9個建制村、3個社區居委會，總面積44.22平方公里，總人口1.18萬人，辦事處駐珊瑚路（原珊瑚鄉人民政府駐地）；將原珊瑚鄉的四丘田、湖塘2個建制村和高溪市鎮的陽春廟、七里坪2個建制村成建制劃歸鳳凰街道管轄。鳳凰街道轄4個建制村、4個社區居委會，總面積20.10平方公里，總人口2.99萬人，辦事處駐地不變；高溪市鎮轄16個建制村、1個社區居委會，總面積97.6平方公里，總人口1.61萬人，鎮人民政府駐地不變；將原珊瑚鄉的忠烈建制村成建制劃歸菱角山街道管轄。菱角山街道轄1個建制村、4個社區居委會，總面積6.50平方公里，總人口4.30萬人，辦事處駐地不變；將上嶺橋鎮的曲河、馬路街、小嶺、桐木井4個建制村和梅灣街道的逸云路、前進2個居委會成建制合并，設立曲河街道。曲河街道轄4個建制村、2個社區居委會，總面積15.40平方公里，總人口1.53萬人，辦事處駐曲河建制村；將上嶺橋鎮的竹塘、官沖2個建制村成建制劃歸梅灣街道管轄。梅灣街道轄2個建制村、4個社區居委會，總面積7.40平方公里，總人口3.38萬人，辦事處駐地不變；上嶺橋鎮轄24個建制村，總面積90.56平方公里，總人口2.21萬人，鎮人民政府駐地不變；將楊家橋街道的長豐、將軍嶺2個居委會成建制劃歸仁灣鎮管轄。楊家橋街道轄4個社區居委會，總面積3平方公里，總人口2.93萬人，辦事處駐地不變；仁灣鎮轄25個建制村、3個社區居委會，總面積94.2平方公里，總人口4.36萬人，鎮人民政府駐地不變。調整后，冷水灘區城區面積由33.07平方千米增加到161.35平方千米。