公元前5000年左右的新石器時代，張灣境內的犟河（古稱虎尾河、西流河）流域和堵河下游兩岸就有較大規模的人類活動。
楚莊王三年（前611），楚國滅麇國，秦、楚聯合伐庸，繼滅庸國，張灣域屬楚國上庸郡。
戰國和秦朝時期，周赧王姬延三十五年（前280），秦攻楚黔中，楚獻漢北及上庸地與秦交換黔中，張灣域屬秦國及秦朝漢中郡钖縣。
漢朝時期，張灣域屬漢中郡長利縣（今鄖縣），東漢建武六年（30），省長利入钖縣，張灣域屬漢中郡钖縣。
晉朝時期，曾置微陽縣，黃龍鎮是微陽縣治所在地，張灣域屬上庸郡微陽縣。
隋唐時期，曾在堵河口置堵陽縣，張灣域屬堵陽縣。
唐貞觀元年（627），撤堵陽縣入鄖鄉縣，張灣域歸鄖鄉縣。
南宋景炎二年（蒙古世祖孛兒只斤忽必烈至元十四年，1277），改鄖鄉縣為鄖縣，張灣域屬鄖縣。
1922年，鄖縣設7個區，其中涉及張灣域的有6區駐黃龍、7區駐十堰。
1935年6月，鄖縣改設為4個區署，其中黃龍、十堰各為1個區。
1948年2月-3月，成立十堰區、花果區、黃龍區和茶店區，隸屬陜南區第四（兩鄖）專署鄖縣。
廢除保、甲制度，在區下設行政村。
1967年4月，二汽在十堰區紅廟公社爐子溝大隊動工興建。
1969年12月，成立十堰市，十堰區、黃龍區劃歸十堰市管轄，茶店區茅坪公社劃歸十堰區管轄。
1971年1月，十堰市撤區并社，涉及張灣域的十堰區、黃龍區及其所轄黃龍鎮和十堰、七里、紅廟、茅坪、大路、花果園、西溝、方灘、大峽、東灣、柏林11個公社同時撤銷，組建十堰、東風、花果、黃龍、大峽5個公社，歸十堰市管轄。
1980年11月，十堰市設立張灣、花果、茅箭、五堰4個副縣級街道，隸屬十堰市，其中張灣境內有張灣、花果街道。
將公社管轄的中心城區居民委員會劃歸街道管轄。
十堰市直屬的張灣街道更名為車城路街道，花果街道更名為頭堰街道，均降為正科級，增設土門街道，均劃歸張灣區管轄。
9月，境域生產大隊全部更名為行政村。
1986年9月，十堰市撤銷花果區、白浪區，花果區所轄區域和白浪區所轄東溝鄉、茅坪鄉劃歸張灣區管轄。
張灣區轄方灘、舒家、長坪、相公嶺、蔡家、大路、東溝、茅坪8個鄉和黃龍、柏林2個鎮以及頭堰、紅衛、車城路、土門4個街道。
現張灣區轄西溝、方灘2個鄉和黃龍、柏林兩個鎮以及車城路、漢江路、紅衛、花果四個街道。