唐尧，为荆；虞舜，荊州地；夏禹，荆州地；商，荆州地；周，荆州地；战国，属楚；秦，属南郡，为郢县。
汉，为江夏郡安陆县地；三国，属魏，上石梵；青龙，始置鲁山县；吴嘉禾四年，曹操赤壁败后，与吴、蜀三分荆州，在荆州东。
晋，江夏郡沌阳县，郡治沌阳在上昶城，后更置安陆县。
自上昶移临嶂山，即今城头山，仍为郡治。
宋，沌阳县属江夏郡；齐，沌阳县属江夏郡；梁，沌阳县属江夏郡；西魏，曰汊川；后周，属复州；隋，开皇十七年，置县汉津，属复州；大业初，改汉津曰汉阳；唐，武德四年至汉武、元魏俱置汉阳郡；宋改兴州为沔州，今略阳县；天宝元年，改汉阳郡曰沔阳郡；宝历二年，以汉阳、汊川入鄂州，属淮南道；五代，属吴，俱淮南地；周世宗显德五年以汉阳县置军；宋初仍为军，统县二汉阳、汉川；太平兴国二年，属汉阳军。
后周改汉中郡为汉川郡，今汉中府。
熙宁四年，废汉阳军为汉阳县，省汉川为镇，并其地入县，属鄂州；元佑元年，复为军；崇宁七年，徙治临嶂山；靖康二年，是时汉阳军属复州；绍兴元年汉阳军制置使，次鄂州。
元，仍为军，统县如宋；至元十四（1284）年，升为散府。
其年行中书省迁于湖南，以鄂州设湖北道宣慰司，府隶之。
十八年五月，行中书省迁治鄂州，宣慰司徙治汉阳。
十九年八月，罢宣慰司，以府隶行中书省；1359年，伪将陈友谅僭国号曰汉，遂有汉阳，戍于西隅；明初，仍为府，统县如元；嘉靖二十三年，改县丞；清，康熙三年(1664)，湖北、湖南两省分治，汉阳府隶属湖北布政使司，仍辖汉阳、汉川两县；雍正七年(1729)，属湖北布政司汉阳府领县四，将黄州府之黄陂县、德安府孝感县来属；乾隆元年，（1735）属湖北布政司汉阳府领县四，领汉阳县、汉川县、黄陂县、孝感县四县；乾隆二十八年(1763)，又将安陆府沔阳州列入汉阳府管辖，从此汉阳县成为附郭首县；光绪二十五年（1899），湖广总督张之洞奏准阳夏分治，将县属汉口镇及周围数乡分出，另立夏口厅，同属汉阳府。
汉阳县疆域被一分为二。
民国元年(1912)，改夏口厅为夏口县，废汉阳府，汉阳县属湖北省江汉道。
民国十五年(1926)秋，北伐军攻克武汉，汉阳县城区并入新设的汉口特别市。
次年1月，置京兆区，辖夏口、武昌、汉阳城区。
国民政府迁至武汉，8月废京兆区。
民国十九年(1930)，改设汉口特别市，汉阳城区划归该市，所属乡、区仍隶属汉阳县。
民国二十一年(1932)，属湖北省第六行政督察区蒲圻专员公署。
民国二十三年(1934)以后，改属第一和第三督察区。
民国三十四年(1945)8月，抗战胜利。
民国三十五年(1946)汉阳城区划归汉阳县，仍属湖北省第三行政督察区。
1947年县辖4个镇、19个乡。
1949年5月17日，汉阳县解放，汉阳城区领与大别、琴台、鹦鹉3镇和福成乡划归武汉市；姚荻乡大部地区划归嘉鱼县。
1950年8月26日，汉阳县人民政府从原汉阳城区显正街迁至蔡甸镇，全县设6区1镇。
1951年改属孝感专署。
1954年将黄金、官胜、米娘、琴断、永丰、快活、和平7乡划归武汉市汉阳区。
1955年县辖7区1镇。
1956年将新滩、东湖、霍家、宋家、向新划归洪湖县。
1958年将三店、柏泉、巨龙、鸦渡所属3个农业社划归新成立的武汉市东西湖农场；随后将新沟镇等襄河（汉江）以北划归武汉市东西湖农场。
1960年1月4日，撤销孝感专区，汉阳县划归武汉市领导。
1961年4月24日国务院批准，恢复孝感专区，汉阳县划归孝感专区。
1961年设9区1镇，下辖42个人民公社、2个区辖镇。
1966年将湘口划出成立武汉市汉南农场。
1976年将东城垸农场所辖纱帽、乌金、南丰、东荆等分场划出单独成立武汉市汉南农管局。
1979年9月，以通顺河东荆河为界，将陡埠、大咀、邓南、水洪等管理区（不含曲口管理区）以及黄陵公社和曲口管理区所属的插花地划归武汉市汉南农管局，将武汉市汉南农管局以北的长河分厂、桐湖养殖场划归汉阳县。
1979年12月19日，《国务院关于湖北省将武昌县、汉阳县划归武汉市的批复》国发〔1979〕292号，孝感地区的汉阳县划归武汉市领导，为武汉市郊县，下辖16个人民公社、1个农场（湖北省革委会1975年报告实施，国务院1979年12月19日正式批准）。
1983年辖4个镇、18个乡和1个国营农场。
1992年9月12日，《关于湖北省撤销汉阳县设立武汉市蔡甸区的批复》民行批〔1992〕101号，撤销汉阳县，设立武汉市蔡甸区，辖14个镇、6个乡和1个国营农场。
1995年辖4个街道、11个镇、4个乡和1个国营农场。
1996年10月沌口街道和沌阳街道移交武汉经济技术开发区托管。
2000年辖9个街道、6个镇、4个乡和1个国营桐湖农场。
2006年6月军山街道移交武汉经济技术开发区托管。
2011年蔡甸区辖11个街道、1个乡和1个桐湖办事处（包括托管街道）。