石灣鎮歷史悠久，秦始皇三十三年（前214年），隸屬南海郡傅羅縣。
唐僖宗乾符六年（879年）九月，黃巢起義軍從福建進入粵東，經過石灣地區進攻廣州。
宋景炎元年（1276年），南宋二王行朝進入廣東，沿潮州、惠州、東莞向珠江口撤退，曾路過鐵場、石灣。
明洪武四年（1371年），建石灣巡檢司，駐在石灣，主管緝捕盜賊等事，石灣正式行政建制。
清康熙五十一年（1712年），知縣孫章在石灣增建五馬公書院。
清嘉慶七年（1802年），羊屎坑陳四起事，焚掠石灣。
民國十四年（1925年）十月，國民革命軍第二次東征，6月周恩來到石龍，東征軍先遣隊經石灣、蘇村進攻博羅。
民國二十七年（1938年）十月，日本侵略軍攻占石龍，石灣隨之淪陷。
1945年8月，石灣光復。
1949年10月，石灣解放，建基層人民政權，屬第五區。
1954年夏，開始農業合作社化運動，建立初級農業合作社。
1955年夏，開始高級農業合作社運動。
1956年冬，實現高級農業合作社化。
1958年10月，羅浮山人民公社成立，轄石灣。
1959年1月，鐵場人民公社成立。
1983年12月，撤銷人民公社，土地歸鄉（村）農民集體所有。
1984年，撤銷鐵場人民公社，成立石灣區人民政府。
1987年3月，石灣鎮建制，成為博羅縣縣轄鎮。