冷水滩原为零陵县的一个镇。1960年2月，经湖南省批准设立冷水滩市。1962年10月，撤销市建制，仍由零陵县管辖。1969年改地区直属镇，同年改县辖镇。1984年6月，经国务院批准，恢复冷水滩市建制，辖原零陵县黄阳司、普里桥、冷水滩、楚江圩4区和邮亭圩区白塘乡。
1995年撤区并乡，河东街道更名为梅湾村街道，城北街道更名为菱角山街道，城中街道更名为肖家园街道，城南街道更名为杨家桥街道，水浪坝乡、仁湾乡合并设立仁湾镇，山头乡并入蔡市镇，楚江圩镇并入岚角山镇，孟公山乡、白塘乡合并设立伊塘镇，香花坝乡、潮水乡合并设立竹山桥镇，上岭桥乡、阳山观乡、马路街乡合并设立上岭桥镇，花桥乡、坪塘乡合并设立花桥街镇，牛角坝乡、牛角圩乡合并设立牛角坝镇，杉木桥乡、楠木冲乡并入普里桥镇，水口桥乡、郝皮桥乡并入黄阳司镇，易家桥乡、高溪市乡合并设立高溪市镇。
1995年11月21日，国务院（国函[1995]110号）批准：撤销零陵地区和永州市、冷水滩市，设立地级永州市和芝山区、冷水滩区。以原冷水滩市为冷水滩区的行政区域，冷水滩区人民政府驻清桥路。
1996年?，冷水滩区面积1221.7平方千米，人口46.5万人。辖4个街道、11个镇、2个乡：梅湾街道、肖家园街道、杨家桥街道、菱角山街道、仁湾镇、蔡市镇、岚角山镇、伊塘镇、竹山桥镇、上岭桥镇、花桥街镇、牛角坝镇、普里桥镇、黄阳司镇、高溪市镇、杨村甸乡、珊瑚乡。区政府驻梅湾街。
1997年7～8月，永州市委、市人民政府先后迁驻冷水滩区（2000年5月14日，国务院批准将永州市人民政府驻地由芝山区徐家井路迁止冷水滩区逸云路）。
2000年第五次人口普查，冷水滩区常住总人口423462人，其中，梅湾街道36246人，菱角山街道28668人，自家园街道17926人，杨家桥街道34603人，仁湾镇17603人，花桥镇15042人，普利桥镇40463人，牛角坝镇22319人，高溪市镇18410人，黄阳司镇35341人，人，上岑桥镇22767人，竹山桥镇19638人，伊塘镇19099人，岚角山镇22666人，蔡市镇13306人，珊湖乡8485人，杨村甸乡14800人，凤凰园36080人。
2001年末，冷水滩区辖？个街道、11个镇、2个乡，333个村（居）委会，总人口49.58万人。
2004年，冷水滩区辖6个街道、11个镇、2个乡：梅湾街道、菱角山街道、肖家园街道、杨家桥街道、梧桐街道、凤凰街道、花桥街镇、普利桥镇、牛角坝镇、高溪市镇、黄阳司镇、上岭桥镇、竹山桥镇、伊塘镇、岚角山镇、蔡市镇、仁湾镇、珊瑚乡、杨村甸乡。
2010年第六次人口普查，冷水滩区常住总人口488010人，其中，梅湾街道60265人，菱角山街道35471人，肖家园街道18274人，杨家桥街道40362人，梧桐街道43699人，凤凰街道33696人，花桥街镇13223人，普利桥镇36850人，牛角坝镇19701人，高溪市镇13543人，黄阳司镇28748人，上岭桥镇23168人，竹山桥镇14673人，伊塘镇16729人，岚角山镇22279人，蔡市镇12750人，仁湾镇20687人，珊瑚乡10746人，杨村甸乡13784人，马坪农业开发区3671人，工业园区5691人。
2013年5月，省民政厅（湘民行发[2013]12号）批复同意撤销珊瑚乡，设立珊瑚、曲河2个街道。将原珊瑚乡的岭头上、水汲江、东零桥、桃李坪、珍珠塘、高塘6个建制村和凌云路、长冲、古塘3个居委会，连同高溪市镇的二皇庙、龙家岭、马坪3个建制村，成建制合并设立珊瑚街道。珊瑚街道辖9个建制村、3个社区居委会，总面积44.22平方公里，总人口1.18万人，办事处驻珊瑚路（原珊瑚乡人民政府驻地）；将原珊瑚乡的四丘田、湖塘2个建制村和高溪市镇的阳春庙、七里坪2个建制村成建制划归凤凰街道管辖。凤凰街道辖4个建制村、4个社区居委会，总面积20.10平方公里，总人口2.99万人，办事处驻地不变；高溪市镇辖16个建制村、1个社区居委会，总面积97.6平方公里，总人口1.61万人，镇人民政府驻地不变；将原珊瑚乡的忠烈建制村成建制划归菱角山街道管辖。菱角山街道辖1个建制村、4个社区居委会，总面积6.50平方公里，总人口4.30万人，办事处驻地不变；将上岭桥镇的曲河、马路街、小岭、桐木井4个建制村和梅湾街道的逸云路、前进2个居委会成建制合并，设立曲河街道。曲河街道辖4个建制村、2个社区居委会，总面积15.40平方公里，总人口1.53万人，办事处驻曲河建制村；将上岭桥镇的竹塘、官冲2个建制村成建制划归梅湾街道管辖。梅湾街道辖2个建制村、4个社区居委会，总面积7.40平方公里，总人口3.38万人，办事处驻地不变；上岭桥镇辖24个建制村，总面积90.56平方公里，总人口2.21万人，镇人民政府驻地不变；将杨家桥街道的长丰、将军岭2个居委会成建制划归仁湾镇管辖。杨家桥街道辖4个社区居委会，总面积3平方公里，总人口2.93万人，办事处驻地不变；仁湾镇辖25个建制村、3个社区居委会，总面积94.2平方公里，总人口4.36万人，镇人民政府驻地不变。调整后，冷水滩区城区面积由33.07平方千米增加到161.35平方千米。
2015年11月16日，省民政厅（湘民行发[2015]23号）批复同意：上岭桥镇与竹山桥镇成建制合并设立上岭桥镇。仁湾镇与杨家桥街道成建制合并设立杨家桥街道。岚角山镇与曲河街道成建制合并设立曲河街道。调整后，全区辖8个街道、8个镇、1个乡：梅湾街道、菱角山街道、肖家园街道、杨家桥街道、梧桐街道、凤凰街道、珊瑚街道、曲河街道、花桥街镇、普利桥镇、牛角坝镇、高溪市镇、黄阳司镇、上岭桥镇、伊塘镇、蔡市镇、杨村甸乡。