公元前5000年左右的新石器时代，张湾境内的犟河（古称虎尾河、西流河）流域和堵河下游两岸就有较大规模的人类活动。
楚庄王三年（前611），楚国灭麇国，秦、楚联合伐庸，继灭庸国，张湾域属楚国上庸郡。
战国和秦朝时期，周赧王姬延三十五年（前280），秦攻楚黔中，楚献汉北及上庸地与秦交换黔中，张湾域属秦国及秦朝汉中郡钖县。
汉朝时期，张湾域属汉中郡长利县（今郧县），东汉建武六年（30），省长利入钖县，张湾域属汉中郡钖县。
晋朝时期，曾置微阳县，黄龙镇是微阳县治所在地，张湾域属上庸郡微阳县。
隋唐时期，曾在堵河口置堵阳县，张湾域属堵阳县。
唐贞观元年（627），撤堵阳县入郧乡县，张湾域归郧乡县。
南宋景炎二年（蒙古世祖孛儿只斤忽必烈至元十四年，1277），改郧乡县为郧县，张湾域属郧县。
1922年，郧县设7个区，其中涉及张湾域的有6区驻黄龙、7区驻十堰。
1935年6月，郧县改设为4个区署，其中黄龙、十堰各为1个区。
1948年2月-3月，成立十堰区、花果区、黄龙区和茶店区，隶属陕南区第四（两郧）专署郧县。
废除保、甲制度，在区下设行政村。
1967年4月，二汽在十堰区红庙公社炉子沟大队动工兴建。
1969年12月，成立十堰市，十堰区、黄龙区划归十堰市管辖，茶店区茅坪公社划归十堰区管辖。
1971年1月，十堰市撤区并社，涉及张湾域的十堰区、黄龙区及其所辖黄龙镇和十堰、七里、红庙、茅坪、大路、花果园、西沟、方滩、大峡、东湾、柏林11个公社同时撤销，组建十堰、东风、花果、黄龙、大峡5个公社，归十堰市管辖。
1980年11月，十堰市设立张湾、花果、茅箭、五堰4个副县级街道，隶属十堰市，其中张湾境内有张湾、花果街道。
将公社管辖的中心城区居民委员会划归街道管辖。
十堰市直属的张湾街道更名为车城路街道，花果街道更名为头堰街道，均降为正科级，增设土门街道，均划归张湾区管辖。
9月，境域生产大队全部更名为行政村。
1986年9月，十堰市撤销花果区、白浪区，花果区所辖区域和白浪区所辖东沟乡、茅坪乡划归张湾区管辖。
张湾区辖方滩、舒家、长坪、相公岭、蔡家、大路、东沟、茅坪8个乡和黄龙、柏林2个镇以及头堰、红卫、车城路、土门4个街道。
现张湾区辖西沟、方滩2个乡和黄龙、柏林两个镇以及车城路、汉江路、红卫、花果四个街道。