孙祖镇建国初期始称孟良崮公社。
1928年，境域属沂水县依汶区（后称五区）。
1939年10月，沂南县设孙祖乡。
1941年6月，改称孙祖区。
1958年2月，增设孟良崮乡（驻地代庄）；10月，分设孙祖、孟良崮二个人民公社。
1963年5月，设孙祖区。
1968年，改称孙祖公社。
1983年5月，撤销公社设孙祖区。
1985年9月，撤区设孙祖乡。
1996年12月，撤乡设孙祖镇。
2001年，代庄乡并入。
镇名沿用至今。