唐、宋時屬孝順鄉。

明、清時屬四十都、四十一都。

1929年屬第六區。

1944年設立湖溪鎮。

1950年分拆設立鎮湖、白泉、蟠谷3個鄉。

1956年鎮湖、蟠谷鄉合并改稱湖溪鄉。

1958年改稱湖溪公社湖溪管理區。

1961年稱湖溪公社。

1983年復稱湖溪鄉。

1985年撤鄉設立湖溪鎮。

1992年5月南上湖、南江鄉并入。

1994年12月原南上湖鄉（除后山店片和樓店等9個村外）的18個村劃歸橫店鎮管轄。

2003年9月郭宅鎮并入。

2004年10月15日，東陽市人民政府東政發〔2004〕78號批復，由75個行政村合并為28個行政村。