战国至秦统一中国后，均在辽东郡管辖之内。两汉时属幽州刺史部辽东郡，在今境内设置温县。三国和西晋，东晋的前燕、前秦、后燕时属辽东郡。北燕及南北朝时期，被高句丽割据。唐属安东都护府。辽属东京道辽阳府，在今境内设耀州治岩渊县，在今汤池设铁州建武军治汤池县。金属东京路辽阳府的澄、盖二州管辖。元属辽阳路东京支郡。明洪武年间属辽东都指挥使司盖州卫。
清属奉天府。道光年间，辽河口左岸是块大苇塘，由于辽河泄下大量泥沙逐渐淤积成陆地。后来这块陆地成了小渔村，称“没沟营”或“营子”。因其地处辽河入诲口，1830年后改称“营口”。同治五年（1866年）十一月始设营口海防厅，今辖境分属海防厅和海城县、盖平县管辖。民国二年（1913年）改营口直隶厅为营口县，隶属于辽沈道。1931年“九·一八”事变后，日本帝国主义侵占期间，仍属营口县（治所今营口市内）。这时的营口县地又分属海城、盖县所辖。
1946年4月末，成立营口县政府，属辽南地委领导。1947年秋营口县解放。1949年十月成立营口县人民政府（治所在大石桥镇），属辽东省管辖。1954年划归辽宁省。1992年11月3日，民政部（民行批[1992]129号）批准：撤销营口县，设立大石桥市（县级）。
1996年3月，撤销钢都乡、建一乡、黄土岭乡，设立钢都镇、建一镇、黄土岭镇。同年，大石桥市面积1379平方千米，人口69.3万人。辖1个街道、16个镇、3个乡：石桥街道、南楼镇、百寨镇、钢都镇、沟沿镇、汤池镇、石佛镇、水源镇、金桥镇、永安镇、旗口镇、官屯镇、虎庄镇、黄土岭镇、建一镇、博洛铺镇、高坎镇、苇子峪乡、吕王乡、周家乡。市政府驻石桥。
1997年，撤销大石桥镇设立石桥街道（一说1992年已撤镇改街），将原大石桥镇3个居委会与原官屯镇3个村合并设立青花街道，撤销金桥镇设立金桥街道，撤销钢都镇设立钢都街道，撤销百寨镇、南楼镇合并为百寨街道，撤销周家乡设立周家镇，撤销苇子峪乡设立苇子峪镇 ，撤销吕王乡设立吕王镇。
2000年第五次人口普查，大石桥市常住总人口714670人，其中（5个街道、15个镇）：青花街道30093人，石桥街道55846人，金桥街道41749人，锕都街道80025人，百寨街道58618人，水源镇42479人，沟沿镇34956人，石佛镇23982人，高坎镇52685人，旗口镇51691人，虎庄镇32979人，官屯镇37900人，博洛铺镇30726人，永安镇27536人，汤池镇33469人，周家镇22257人，苇子峪镇8481人，建一镇18076人，黄土岭镇21925人，吕王镇9197人。
2001年3月，设立大石桥经济开发区。2002年3月4日，辽宁省政府（辽政[2002]59号）批准：撤销黄土岭镇、吕王镇，合并设立黄土岭镇；撤销汤池镇、苇子峪镇，合并设立汤池镇。
2002年6月，全市面积1379平方千米，人口约73.30万人。辖5个街道、13个镇：石桥街道、青花街道、金桥街道、钢都街道、南楼街道、水源镇、沟沿镇、石佛镇、高坎镇、旗口镇、虎庄镇、官屯镇、溥洛铺镇、永安镇、汤池镇、建一镇、黄土岭镇、周家镇，共有19个社区、342个行政村。
2007年5月22日，省政府（辽政[2007]101号）批复同意将原属于老边区边城镇孙家村0.201平方千米的行政区域划归大石桥市金桥街道办事处李屯村管辖。
2010年第六次人口普查，大石桥市常住总人口704891人，其中：石桥街道65319人，青花街道37279人，金桥街道38680人，钢都街道113457人，南楼街道59470人，水源镇37902人，沟沿镇31766人，石佛镇19485人，高坎镇44265人，旗口镇48857人，虎庄镇28903人，官屯镇30619人，博洛铺镇27503人，永安镇24908人，汤池镇36739人，建一镇15334人，黄土岭镇25892人，周家镇18513人。