原張堰鎮域秦代屬海鹽縣。
南朝梁代時先后屬前京縣、胥浦縣。
隋朝開皇年間屬鹽官縣。
唐朝時先為海鹽縣，后屬嘉興縣，天寶年間置華亭縣后屬華亭縣。
唐末至元代，浦東場鹽課司大使署設此。
明代金山巡檢司署、稅課局駐此。
清朝順治十三年（1656），華亭縣析出部分地域設婁縣，鎮區屬婁縣。
雍正四年置金山縣，張堰鎮屬金山縣。
1912年張堰設市，市公所設于花園浜，轄張堰、廊下、錢圩、干巷4鄉鎮。
1927年改稱張堰鄉，設行政局于鎮。
1929年屬第六區（張堰）管轄。
1934年改稱第四區，并析張堰鎮為留溪、欽明兩鎮。
1946年并留溪、欽明鎮為張堰鎮。
1949年新中國成立后，鎮隨縣隸江蘇省蘇南行政公署松江專區。
1951年4月升為縣屬鎮。
1957年成立張堰鄉，下轄12個高級農業生產合作社。
1958年11月劃入上海市。
1959年鎮屬張堰人民公社管轄。
1961年10月鎮社分設，張堰鎮復為縣屬鎮。
1984年張堰人民公社改為張堰鄉建制。
1993年12月撤銷張堰鎮、張堰鄉建制，合并成立新的張堰鎮，名稱使用至今。