古代时期，沐溪镇境域为彝地，均为部落。
汉朝时期，属南安县，属犍为郡。
宋置沐川寨，属犍为县嘉州。
民国五年（1916年），改沐川镇。
民国三十一年（1942年），更名中城镇。
1955年，更名城关镇。
1958年，与三新、永民2乡合并为幸福公社。
1963年，析置城关镇。
1981年，更名沐溪镇。
1992年9月，五里、史、金星3乡和幸福乡三溪村（不含五、六、七、八小组）并入。
2010年底，因旧城区改造，凉桥村撤销分别并入梨园社区和三观楼社区。
2019年12月13日，撤销幸福乡和建和乡，将其所属行政区域划归沐溪镇管辖。