黃島區(qū)因地處黃島而得名。據(jù)《膠澳志》載，黃島亦名“齊伯山”，“齊伯山島”。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期屬齊國(guó)，為齊國(guó)某一侯之封地。又據(jù)《增修膠志》載：“黃島在黃庵北，有島之名，實(shí)為平岡。潮來(lái)則四面皆水，潮落則徒步可入。其北可暫爾避風(fēng)，不可久泊《衛(wèi)志》稱(chēng)間汛。”“渭子口之北為少海，海中有島為黃島。”“潮汐薄岸，地極瀉鹵。”可知，黃島之所以得名，一是位于黃島庵山之北，一是因?yàn)樗拿姝h(huán)海，土層薄而含鹵高，土石皆呈黃色，以顏色命名，以別于東岸之青島。
古為萊夷之地。周武王封少昊之后裔茲輿期為莒子，建都于計(jì)，時(shí)屬莒國(guó)。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期屬齊國(guó)介根。秦漢兩朝屬瑯琊郡之黔陬縣。三國(guó)時(shí)屬魏國(guó)城陽(yáng)郡之黔陬縣。西晉屬高密?chē)?guó)黔陬縣。東晉屬高密郡黔陬縣。南朝宋孝武帝并北海省高密郡，改屬北海郡黔陬縣。北朝后魏永安二年（529年）置膠州，領(lǐng)東武、高密、平昌3郡，時(shí)屬高密郡之黔陬縣。北齊天保七年（556年）置平昌郡于黔陬縣。隋開(kāi)皇三年（583年）廢平昌郡，以黔陬直隸膠州。五年（585年）改膠州為密州，時(shí)屬密州之黔陬縣。大業(yè)元年（605年）始屬密州之膠西縣。唐武德六年（623年）屬密州高密縣之板橋鎮(zhèn)。宋元祐三年（1088年）省板橋鎮(zhèn)復(fù)屬密州之膠西縣。明洪武四年（1371年）省膠西縣直隸膠州。
清光緒二十四年（1898年），清政府被迫與德國(guó)簽訂喪權(quán)辱國(guó)的《膠澳租界條約》，黃島和薛家島兩地始從膠州析出，劃為膠澳商埠一起淪為德國(guó)租界地。而辛安和薛家島西部5村仍屬膠州，為膠州之沾化鄉(xiāng)。宣統(tǒng)三年（1911年）春，膠州變6鄉(xiāng)制為13區(qū)制，改沾化鄉(xiāng)為朱仲區(qū)。1929年4月，黃島和薛家島兩地屬青島特別市海西區(qū)。1930年，膠縣朱仲區(qū)改為膠縣第五區(qū)。1942年12月，黃島和薛家島兩地劃歸為青島特別市膠州區(qū)，薛家島為膠州區(qū)直屬鎮(zhèn)，黃島歸膠州區(qū)第五區(qū)。1944年，黃島和薛家島兩地再次從膠州區(qū)析出劃歸偽青島特別市海西區(qū)。1945年8月，日本帝國(guó)主義無(wú)條件投降，黃島、薛家島、辛安全境解放。同時(shí)成立珠山縣民主政府，亦即諸膠縣民主政府。黃島、薛家島、辛安全部劃屬珠山縣。11月，珠山縣撤銷(xiāo)歸并膠縣。1946年9月，再次從膠縣析出，劃屬新成立的膠南縣。先轄于濱北專(zhuān)員公署，1950年又轄于膠州專(zhuān)員公署。1956年7月撤膠州專(zhuān)員公署，改轄于昌濰專(zhuān)員公署。1958年10月轄于青島市。1961年復(fù)歸昌濰專(zhuān)員公署。
1973年6月，國(guó)務(wù)院決定，西起勝利油田孤島，東至昌濰地區(qū)膠南縣的黃島，鋪設(shè)原油管線(xiàn)一條。并在黃島建設(shè)末站原油儲(chǔ)存庫(kù)一處和年吞吐量1000萬(wàn)噸的原油輸出碼頭一座。原昌濰地區(qū)革命委員會(huì)組建了昌濰地區(qū)黃島建港指揮部，負(fù)責(zé)建港事宜。該數(shù)項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程于1976年6月相繼建成投產(chǎn)使用。1976年10月，山東省革命委員會(huì)決定，將黃島、薛家島、辛安3處公社從膠南縣劃出，組建黃島革命委員會(huì)，為縣級(jí)建制。同時(shí)，中共昌濰地區(qū)委員會(huì)亦建立中共昌濰地區(qū)黃島工作委員會(huì)。1979年1月，又經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，將黃島革命委員會(huì)從昌濰地區(qū)分出，歸屬青島市，為青島市黃島區(qū)，縣級(jí)市區(qū)建置。
1984年10月20日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)在黃島地域設(shè)立青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，為首批14個(gè)國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)之一；1985年3月28日正式動(dòng)工興建。地處膠洲灣西岸，東經(jīng)120°13′，北緯36°02′，面積約15平方千米。1986年3月成立青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)管理委員會(huì)。1992年，青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)轄域擴(kuò)大到黃島全區(qū)，兩區(qū)體制合一。1997年，面積擴(kuò)展到181平方千米。