距今4000年前，在温江出现了古蜀国五代蜀王继蚕丛、柏灌文化之后的鱼凫文化。鱼凫遗址位于万春镇报恩村，拥有古城遗址以及大量的石斧、石凿等石器，数量巨大创下川西平原新石器时代遗址发掘之最，早于三星堆遗址，为中国当年十大考古发现，为国家级文物保护单位。
蜀汉三国时期，蜀相诸葛亮在温江兴修水利，改善灌溉地区，兴修江安河，使得温江成为富饶之地。
五代十国时期，西魏恭帝二年，益州蜀郡分郫县南境和江原县东境，设立温江县。
隋唐时期，隋开皇三年，并温江县于郫县。隋仁寿三年，将原温江县于郫县分置，设万春县。不久在公元606年，隋大业二年，将万春县并入郫县。唐初施行州县二级制，复置万春县，属于益州府。公元627年，贞观元年，改万春县为温江县，属于剑南道益州府。
宋元时期，公元965年，宋乾德三年，太祖赵匡胤灭蜀，推行路、州、县，温江属于西川路益州。公元1059年，宋嘉祐四年，改益州路为成都府路，温江属于成都府路成都府剑南西川节度。
明清时期，公元1376年，洪武九年，改四川承宣布政使司，实行府、州、县三级制度，温江属于四川布政使司成都府。清初，顺治三年，改置四川省。嘉庆初，置省、道、府、州、厅、县制，温江属于四川省成绵龙茂道成都府。
，公元1908年，光绪三十四年，改为川西道。
民国时期，温江属于四川省西川道，之后，四川省军阀割据，形成“防区”，温江为邓锡侯部防区。
1935年（民国24年），国民党入川主政，实行行政督察区制，温江属于四川省第一行政督察区，并为第一行政督察区专员公署治地。
新中国成立以后，温江于1949年12月26日解放，解放军贺龙部入驻温江城关镇，并驻军。
1952年，恢复四川省建制，温江属于四川省温江专区。
1959年，双流并入温江县，温江专区治地在今天的柳城街道，包括今天的温江区（包括今天青羊区的苏坡街道、黄田坝街道等地）、郫县、彭州市、都江堰市、新都区、崇州市、双流、新津县、蒲江县、广汉市、什邡市、绵竹市等地。
1962年，中国政务院决定复制双流。
1983年，中国国务院决定撤销温江地区，其大部分行政区划归成都市，其广汉县、绵竹县、什邡县和绵阳地区的德阳县、中江县等组成今天的四川第二大工业城市——德阳市。
1997年，温江县人口29.3万，辖10镇，县政府驻柳城镇。
2002年4月14日，撤县设区，成为成都市温江区，成为成都市中心城区重要组成部分。
2004年，撤销柳城、天府、涌泉、公平四镇，设立街道办事处，同时2006年成都市人民政府批准温江区在万春镇、金马镇和永宁镇设立街道办事处。