明洪武三十一年（1398年）取“威震海疆”之意，析文登县辛汪都三里立威海卫，派兵驻屯防倭，领左、前、后三所。清雍正十三年（1735年）裁撤威海卫，归并文登县，卫所划为文登县辛汪都三里辖属。清光绪二十四年（1898年）威海卫和刘公岛被英国强行租占。1930年，国民政府收回威海卫后，设立威海卫管理公署，隶属国民政府行政院。
1945年8月16日，奉山东省政府命令，设立威海卫市（地专级），由胶东行政公署管辖。1948年3月改为县级市，归东海专区管辖。1950年3月，实行城乡分治，原属威海卫市的港西区、桥头区、草庙子区、崮山区、凤林区、羊亭区和里口山区的南半部分别划归荣成、文登、昆嵛等县。1950年5月9日，经政务院批准撤市，设立威海县，隶属文登专区。1951年3月28日，山东省人民政府根据华东军政委员会指示撤县，复设威海市。
1954年10月威海市改为省辖市，受山东省政府领导，并接受文登专区督导。1956年，划归莱阳专区。1958年12月，威海市改为专区辖市，隶属烟台专区（后更名为烟台地区）。1983年11月1日，威海市改为省辖市，由烟台市代管。1987年6月15日，国务院批准威海市升为地级市后，以原县级市的行政区域设立环翠区，以境内名胜环翠楼命名。
1956年6月和9月，先后将文登县的羊亭、港头、北观、里口、双岛、皂河（张家皂）、莱海、凤林、天东、杨家滩、长峰、河北、望岛、老集、皂埠、海埠、卫家、崮山和竹园、宋家洼20个乡划归威海市。
1958年7月，文登县小城乡和温泉乡的部分村庄划入威海市；10月，文登县的石岭、草庙子、温泉3个公社和荣成县的桥头、泊于家2个公社划归威海市。1965年6月，威海市的草庙子、蔄山、石岭3个公社划归文登县，桥头、泊于家、卧龙3个公社划归荣成县。
？年，环翠区辖鲸园、环翠楼、竹岛3个街道，孙家疃、张村、羊亭、温泉、草庙子、桥头6个镇，71个居委会，190个行政村，199个自然村。面积415.1平方千米，人口32.1万人，其中非农业人口23.79万人。
1992年12月24日，鲁政函民字[1992]60号文批准撤镇，设立蒿泊街道。1992年12月28日（一说1月16日），将环翠区田村镇的毕家疃、东涝台、西涝台、后峰西4个村划归威海火炬高新技术开发区。1993年1月18日，威政发[1993]3号文批准，蒿泊街道由环翠区划归经济技术开发区管理。1994年6月23日，将文登市初村、草庙子镇和荣成市桥头、泊于镇等4镇整建制划归威海市环翠区。
1996年8月12日，撤销田村镇，以原田村镇的行政区域范围设立田村街道办事处，田村街道办事处机关驻原田村镇人民政府驻地（鲁政函民字[1996]38号）；同月田村街道办事处成建制划归高区，刘公岛街道办事处划归市政府直接管辖。2000年6月30日，威政字[2000]24号文批准，撤销蒿泊街道，设立皇冠、凤林、西苑3个街道。
2000年第五次人口普查，环翠区常住总人口609219人，其中：环翠楼街道46883人，鲸园街道58233人，竹岛街道68456人，高区街道40888人，田村街道107242人，皇冠街道38884人，风林街道16609人，西苑街道18073人，张村镇22693人，羊亭镇30061人，温泉镇23959人，崮山镇19326人，孙家疃镇19203人，泊于镇24639人，桥头镇32231人，草庙子镇20617人，初村镇21222人。
2001年2月6日，威政发[2001]5号文批准：将威海火炬高技术产业开发区街道更名为怡园街道；撤销田村街道，设立田和、卧龙、万欣3个街道。2003年5月12日，初村镇划归高区，崮山镇、泊于镇划归经区。至此，环翠区辖10个街道、9个镇：环翠楼街道、鲸园街道、竹岛街道、怡园街道、卧龙街道、万欣街道、田和街道、皇冠街道、凤林街道、西苑街道、张村镇、羊亭镇、温泉镇、崮山镇、孙家疃镇、泊于镇、桥头镇、草庙子镇、初村镇。其中：田和、万欣、卧龙、怡园4个街道以及初村镇实际由威海火炬高新技术产业开发区管理；凤林、西苑、皇冠3个街道以及崮山、泊于2个镇实际由威海经济技术开发区管理。
2004年末，环翠区辖3个街道（环翠楼、竹岛、鲸园）、6个镇（张村、羊亭、温泉、孙家疃、草庙子、桥头），共有59个居委会、190个村委会；高技区辖4个街道（田和、万欣、卧龙、怡园）、1个镇（初村），共有19个居委会、49个村委会；经技区辖3个街道（凤林、西苑、皇冠）、2个镇（崮山、泊于），共有2个居委会、94个村委会。威海市区户籍人口171526户、589154人，其中非农业人口442403人：环翠区户籍人口90818户、324118人，其中非农业人口244295人；高技区户籍人口47393户、161139人，其中非农业人口137882人；经技区户籍人口33315户、103897人，其中非农业人口60226人。
2005年5月27日，经威海市政府批准，卧龙街道并入怡园街道，万欣街道并入田和街道。2008年4月21日，草庙子镇划归威海市工业新区管理。至此，环翠区辖8个街道、9个镇：环翠楼街道、鲸园街道、竹岛街道、怡园街道、田和街道、皇冠街道、凤林街道、西苑街道、张村镇、羊亭镇、温泉镇、崮山镇、孙家疃镇、泊于镇、桥头镇、草庙子镇、初村镇。其中：田和、怡园2个街道以及初村镇实际由威海火炬高新技术产业开发区管理；凤林、西苑、皇冠3个街道以及崮山、泊于2个镇实际由威海经济技术开发区管理；草庙子镇实际由威海市工业新区管理。区政府驻环翠楼街道。
2010年第六次人口普查，环翠区常住总人口844310人，其中：环翠楼街道45998人，鲸园街道61815人，竹岛街道88015人，怡园街道142496人，田和街道92597人，皇冠街道65887人，凤林街道51857人，西苑街道25187人，张村镇58617人，羊亭镇31118人，温泉镇33486人，崮山镇24834人，孙家疃镇16495人，泊于镇22017人，桥头镇28345人，草庙子镇21158人，初村镇34388人。
2012年9月，威海市对全市经济区划进行调整：将环翠区桥头镇整体划归经区，羊亭镇的北郊、店上、海庄、卧龙和敖上5个村以及张村镇的前双岛和西山2个村划归高区；将经区环山路以西19个村（居），即皇冠街道的夏家疃、北葛拉、宅库、张家疃、河北5个社区，西苑街道的范家埠、高家庄、谷家洼、徐家疃、岳家庄、牛角沟、阎家庄、竹园、南葛拉9个村（居），以及凤林街道的西山口、北七夼、五家疃、台下、西庄5个村（居）划归环翠区。2012年末，环翠区实际管辖张村、羊亭、温泉、孙家疃4个镇，竹岛、鲸园、环翠楼、嵩山（筹建）4个街道，共有110个居民、81个行政村。总面积276平方千米，海岸线长88千米，总人口30.4万人（2013年前后）。
2013年，撤销孙家疃镇，设立孙家疃街道（鲁政函民字[2013]38号）。2014年1月25日，《国务院关于同意山东省调整威海市部分行政区划的批复》（国函[2014]13号）同意将原文登市的汪疃镇、苘山镇划归威海市环翠区管辖。【本站注：苘山镇应是蔄山镇，因为“蔄[màn]”为生僻字，在一些场合下用“苘”（正音为qǐng）代替】
全区辖10个街道、10个镇：环翠楼街道、鲸园街道、竹岛街道、怡园街道、田和街道、皇冠街道、凤林街道、西苑街道、孙家疃街道、嵩山街道（筹建）、张村镇、羊亭镇、温泉镇、崮山镇、泊于镇、桥头镇、草庙子镇、初村镇、汪疃镇、蔄山镇。其中：田和、怡园2个街道以及初村镇实际由威海火炬高新技术产业开发区管理；凤林、西苑、皇冠3个街道以及崮山、泊于、桥头3个镇实际由威海经济技术开发区管理；草庙子、汪疃、蔄山3镇实际由威海临港经济技术开发区管理。