城阳历史悠久。境内发现的城子龙山文化遗址，据以确认远在4000多年前，人们已在这里居住生息。商、周时期，城阳属莱夷地。公元前567年，“齐侯灭莱“，城阳归属齐。城子遗址出土的大量石器，通体磨光、刃部锋利、制作精美；陶器胎质坚硬、造型优美。足见城阳先民智慧和古文化斑烂。

公元前221年（始皇帝二十六年），秦统一中国后设琅琊郡不其县，建不其城于城阳，县治设城阳，使城阳成为一方之政治、经济和文化中心。

西汉时期，扩建了不其城，并在城内建行宫驻跸，汉高后吕雉封其族人吕种为不其侯。公元30年（建武六年），东汉王朝在不其县内置不其侯国，封大司徒伏湛为不其侯，食邑3600户。之后，伏氏七代袭爵不其侯，前后185年。

公元214年（建安十九年），不其侯国被废除。

曹魏建国后，不其县改属东莱郡。

西晋时期，析建长广郡，郡治设不其城，不其县属长广郡。东晋十六国时期，不其县隶属关系转移无常，先后归属后赵、前燕、前秦、东晋、南燕等国。

公元556年（北齐天保七年），不其县被废除，并于长广县。

公元596年（隋开皇十六年），复设不其县，不久又废，其地并入新设的即墨县。此后，城阳失去了独立的行政实体（县）地位，成为即墨县的一部分。

唐、宋时期，城阳隶属关系未变，仍属莱州即墨县。

明王朝建立后，域内城阳社、北曲社、不其社属即墨县里仁乡，温良社属即墨县仁化乡。1392年（明洪武二十五年），即墨县里仁乡设军屯5处，城阳社设军屯1处置军户，这是城阳地区居民和居民姓氏来源之一。明洪武（1368-1402）、永乐（1403-1425）年间，云南等外地移民迁城阳立村者甚众。

清袭明制，城阳社、北曲社、不其社、温良社隶属关系未变。

1912年，中华民国建立后，改乡社制为区乡制，城阳乡、不其乡属即墨县里仁区，温良乡属即墨县仁化区。

1928年，城阳乡改设城阳镇。

1943年7月，中共即墨县委建立中共即墨县第五区区委和区公所，城阳镇、不其乡、温良乡属五区民主政府。

1945年8月，城阳镇、不其乡、温良乡改属即墨县城阳区民主政权。

1949年6月，城阳地区解放，中共即墨县委建立中共城阳镇委、镇公所，城阳镇成为即墨县的建制镇。

1950年10月，即墨县城阳区撤销建立即墨县第七区，1955年10月又改称即墨县仲村区。

1956年3月，即墨县城阳镇和仲村区合并成立即墨县城阳区，形成了现时的辖区范围。

1958年9月，以城阳区辖区成立即墨城阳人民公社。

1961年3月，城阳人民公社由即墨划归青岛市崂山郊区，11月改称崂山县城阳人民公社。

1984年6月，撤销崂山县城阳人民公社设立崂山县城阳镇。

1988年12月改称崂山区城阳镇。

1994年5月，设立青岛市城阳区，城阳镇整建置划归城阳区。2001年6月13日，撤销城阳镇，设立城阳区城阳街道办事处。办事处辖区未变。

2013年根据青岛市行政规划，建立青岛市红岛经济区（高新区），将原城阳区红岛街道，河套街道划归为红岛经济区（高新区），所以，现城阳区所辖6个街道，分别为城阳，流亭，夏庄，惜福镇，棘洪滩，上马街道。