明朝时期属归仁里，清朝时期属前归仁、龙城乡，民国时期属归仁乡、集义乡；中华人民共和国成立初，沙镇溪镇未设置行政机构；1950年1月分属城关区和两河区；1950年12月城关区改为洩滩区，分属洩滩区和两河区；1951年4月隶属三区（泄滩）、第四区（营盘）；1955年11月撤销第八区并入新三区（陕西营）；1958年10月撤区建社，设置陕西营人民公社；1959年3月与洩滩人民公社合并，更名为西陵人民公社。
1961年4月恢复区级建制，撤销西陵人民公社，恢复设置西陵区公所；1968年5月成立西陵区革命委员会；1975年10月撤区并社，立志人民公社、大乐人民公社、凤凰人民公社合并为西陵人民公社；金沙人民公社、白沙人民公社、梅家坡人民公社合并为金沙人民公社，辖金沙、白沙、梅家坡管理区；桂花人民公社、黄家人民公社、洩滩人民公社合并为洩滩人民公社，辖桂花、黄家、洩滩管理区。
1984年2月撤社建乡，设置西陵区公所。
1985年10月更名为沙镇溪区公所；1987年9月撤区并乡，设置沙镇溪镇，自此名称一直沿用至今。