据《史记·匈奴列传》载，战国时期。
“燕亦筑长城，自造阳至襄平。
置上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东郡以拒胡”。
是时本溪市区、本溪县（指今所辖境域，下同）为燕国辽东郡襄平境内，桓仁县（指今所辖境域，下同）属燕国辽东郡外徼，为高夷部族辖地。
秦始皇帝二十六年（前221年），秦灭燕统一中国后，将全国划分36郡，本溪市区、本溪县属辽东郡襄平县，桓仁县属辽东郡外徼。
汉代，本溪市区、本溪县属幽州辽东郡襄平县。
汉武帝元封三年（前108年），灭卫氏朝鲜，增设乐浪、玄菟、真番、临屯4郡，桓仁县属玄菟郡。
汉元帝建昭二年（前37年），扶余王子朱蒙避难逃亡至纥升骨城（即今桓仁县五女山，有旧城遗址），建国立都号称高句丽，为中国少数民族政权：汉平帝元始三年（3年），移都国内城（今吉林省集安县），纥绝升骨城作为高句丽都城长达40年。
之后，桓仁地域一直为高句丽部族政权辖地，直至唐代。
三国时期，本溪市区、本溪县属幽州辽东郡襄平县。
西晋时期，本溪市区、本溪县属平州辽东郡（国）襄平县。
东晋十六国时期，本溪市区、本溪县属平州辽东郡襄平县。
南北朝和隋朝时期，本溪市区。
本溪县属高句丽部族政权所辖。
唐总章元年（668年），唐灭高句丽，收复辽东故地，置安东都护府，本溪市区、本溪县属河北道安东都护府辽城州都督府，桓仁县属河北道安东都护府哥勿州都督府。
元和十五年（820年），大祚荣建立渤海国，桓仁县属渤海国西京鸭渌府桓州。
辽太祖三年（909年），契丹占据辽东，本溪市区、本溪县属契丹部族辖地。
神册四年（919年），契丹修辽阳故城，改名为东平郡，本溪市区、本溪县属东平郡。
天显元年（926年），灭渤海国，改其地为东丹国，是时桓仁属东丹国。
乾亨二年（980年），废除东丹国，改置东京道，本溪市区、本溪县属东京道辽阳府，桓仁县属东京道鸭渌府。
金天会三年（1125年），金灭辽，继而废道置路。
本溪市区、本溪县属东京路辽阳府，桓仁县属东京路婆娑府。
元至元二十四年（1287年），在辽阳等处设置行中书省，翌年改东京路为辽阳路，本溪市区、本溪县属辽阳行省辽阳路，桓仁县先属辽阳行省婆婆府路，后改隶婆娑巡检司。
明洪武四年（1371年）2月，置辽东卫指挥使司，同年7月，改置定辽都卫。
洪武八年（1375年）10月，又改置辽东都指挥使司。
洪武十年（1377年）改所椿州县为卫、所。
永乐元年（1403年），设置建州卫。
永乐六年（1409年），设置奴儿干都指挥使司。
本溪市区、本溪县属辽东都指挥使司东宁卫，桓仁县属贝儿子都指挥使司建州卫。
清顺治元年（1644年），本溪市区、本溪县属于辽阳府。
顺治十四年（1657年），移府盛京（后改为奉天府），降辽阳府为辽阳县。
康熙三年（1664年），升辽阳县为辽阳州。
清康熙年间桓仁一带被列为封禁地。
光绪三年（1877年），设置怀仁县，隶兴京抚民厅。
光绪三十二年（1906年）10月，清政府正式批准将辽阳州东部、兴京抚民厅西南部、凤凰厅北部地区划出，设本溪县建置。
民国三年（1914年），本溪县、桓仁县（是年由怀仁县改称）均隶属于奉天省东边道。
民国十七年（1928年），张学良在东北易帜后，改奉天省为辽宁省，本溪、桓仁两县仍属之。
民国二十一年（1932年）3月，日本建立伪满洲国，本溪县隶属于奉天省，桓仁县隶属于安东省。
民国二十六年（1937年），日伪政权实行街制，在本溪县公署所在地本溪湖设立本溪湖街。
民国二十八年（1939年），伪满政权将本溪湖街、宫原一带从本溪县划出，设置本溪湖市，隶属于奉天省。
民国三十四年（1945年）8月15日，日本帝国主义宣告无条件投降，9月18日，中国共产党领导的冀热辽军区十六军分区部队进驻本溪，10月8日和10月18日，先后成立本溪市、本溪县民主政府，均隶属于辽宁省。
民国三十五年（1946年），国民党军队大举进攻解放区；同年5月3日，占据本溪市区，成立国民党本溪湖市政府及本溪县政府，隶属于辽宁省；同年10月1日，国民党辽宁省政府下令撤销本溪湖市，将市区并入本溪县。
民国三十七年（1948年），本溪全境解放，成立本溪市人民政府，本溪市、本溪县、桓仁县均隶属于安东省。
民国三十八年（1949年）4月，东北行政委员会决定，将安东省与辽宁省合并，成立辽东省、辽西省，本溪市由东北行政委员会直辖，本溪县、桓仁县隶属辽东省。
1952年9月，中央人民政府决定撤销本溪县，其原辖区亦并入本溪市。
1953年4月，中华人民共和国政务院决定，本溪市改由中央人民政府直辖。
1954年6月，国务院决定辽东省、辽西省合并成立辽宁省，本溪市改由辽宁省管辖，桓仁县为辽宁省安东专区所辖。
1992年7月25日，国务院批准本溪市为“较大的市”。