清道光十八年（1838年），東莞明倫堂在現萬頃沙鎮境域圍墾。
1949年10月18日，現萬頃沙鎮境域解放，由東莞縣萬頃沙軍事管制委員會接管。
1952年7月，劃入珠海縣第四區公所。
1955年，改稱萬頃沙區。
1957年3月，劃入中山縣，為萬頃沙鄉。
1958年10月，與珠江農場合并成立萬頃沙公社。
1959年7月，劃入番禺縣。
1984年，為萬頃沙區。
1987年，撤區建萬頃沙鎮。
2002年3月18日，原新墾鎮并入萬頃沙鎮。
2005年10月，萬頃沙鎮移交南沙區。