西周镇历史悠久。
唐神龙二年（706）象山立县，分5乡，西周镇属政实乡，宋、元、明三代均隶证实乡。
宋属政实乡姜屿保、淡港保，明属政实乡十、十一都，清顺治十八年（1661）西周等地居民内迁，康熙九年（1670）展复，属政实乡十二、十九都，宣统二年为西四乡、西五乡地。
1929年析置镇安、西隅、莲花、湖滨、伊家、文岙、芭蕉、儒雅洋8乡，属第三区、1934年合伊家、湖滨2乡为伊滨乡。
1936年属第二督导区。
1939年，合镇安、西隅2乡置西瀛乡，合伊滨、莲花、文岙3乡置淡港乡，合儒雅洋、芭蕉2乡置儒芭乡。
1941年属象西区。
1946年，西瀛、西陲合为西瀛乡，儒蕉、淡港合为西港乡，直属县。
解放后属墙头区（1950年5月前称西沪区）。
1951年析置西周、车岭、文岙、莲花、伊滨、儒下洋、芭蕉7乡。
1956年合西周、车岭2乡及文岙一部建西周乡，合莲花、伊滨2乡及文岙一部建莲花乡。
合儒雅洋、芭蕉2乡建儒雅洋乡。
1958年9月，析3乡为西周、车岭、文岙、莲花、伊滨、儒雅洋、芭蕉7大队，属西周公社。
1959年11月，合为西周、莲花、儒雅洋3管理区。
1961年10月，建西周、莲花、儒雅洋3公社，属墙头区。
1968年撤区后直属县，1972年属西周区。
1983年撤社建乡，1984年6月西周乡升为县直属镇。
1992年5月，莲花、儒雅洋2乡并入西周镇。
2001年6月，合西周、下沈两镇为西周镇。
2020年调整行政村。