原张堰镇域秦代属海盐县。
南朝梁代时先后属前京县、胥浦县。
隋朝开皇年间属盐官县。
唐朝时先为海盐县，后属嘉兴县，天宝年间置华亭县后属华亭县。
唐末至元代，浦东场盐课司大使署设此。
明代金山巡检司署、税课局驻此。
清朝顺治十三年（1656），华亭县析出部分地域设娄县，镇区属娄县。
雍正四年置金山县，张堰镇属金山县。
1912年张堰设市，市公所设于花园浜，辖张堰、廊下、钱圩、干巷4乡镇。
1927年改称张堰乡，设行政局于镇。
1929年属第六区（张堰）管辖。
1934年改称第四区，并析张堰镇为留溪、钦明两镇。
1946年并留溪、钦明镇为张堰镇。
1949年新中国成立后，镇随县隶江苏省苏南行政公署松江专区。
1951年4月升为县属镇。
1957年成立张堰乡，下辖12个高级农业生产合作社。
1958年11月划入上海市。
1959年镇属张堰人民公社管辖。
1961年10月镇社分设，张堰镇复为县属镇。
1984年张堰人民公社改为张堰乡建制。
1993年12月撤销张堰镇、张堰乡建制，合并成立新的张堰镇，名称使用至今。