戰國時期為楚洞庭郡地。

秦屬長沙郡，置益陽縣，以縣治位于益水（今資水）之陽而得名，是為區境置縣之初。

三國吳為衡陽、南郡地。

晉為衡陽、南平郡地。

南朝宋為衡陽、長沙、武陵、南平郡地。

梁置藥山郡，轄藥山、重華2縣，約當今沅江市地；大部仍為衡陽、南平郡地。

隋廢藥山郡，為長沙、巴陵、武陵郡地。

唐為潭州或長沙郡、岳州或巴陵郡地。

五代為潭州、岳州、郎州地。

北宋大中祥符五年(1012)改鼎州。

南宋乾道元年(1165)升為常德府。

元為天臨、岳州、常德、澧州路地。

元貞初升益陽縣為州，治今益陽，屬夭臨路。

明為長沙、常德、岳州府地，益陽州降為縣。

清為長沙、常德府及南州直隸廳地。

1938年，屬湖南省第一、第二、第六行政督察區。

1940年3月，設第五行政督察區，轄益陽、安化、湘鄉、寧鄉、漢壽、沅江等6縣，專員公署駐益陽縣城。

1949年7月25日，益陽專區成立，專員公署駐益陽縣城城關區，轄益陽、安化、湘鄉、寧鄉、漢壽、沅江共6個縣級政區，下轄35個區，9個鎮、1244個鄉。

1950年3月，益陽縣城關區改為益陽城關區，升為縣級區，直屬益陽專區，9月益陽城關區改為益陽市。

2002年9月，撤銷大通湖、北洲子、金盆、千山紅4個農場，設大通湖管理區，由市直接管理。

2002年，朝陽經濟開發區更名為益陽市高新技術經濟開發區。

2021年末全市11個街道、72個鎮、8個鄉、1個民族鄉。