環翠區雖說早在7000多年前的新石器時代中後期就有人類在此生活、活動，但成為壹個獨立的建置區域，始於1398年設立的威海衛。
明洪武三十壹年（1398年），為加強海防，防止倭寇侵擾，明朝政府取“威震海疆”之意，“析文登縣辛汪都三裏立威海衛”，派兵駐屯防倭，領左、前、後三所，始有威海衛。清雍正十三年（1735年），裁撤威海衛，歸並文登縣，衛所劃為文登縣辛汪都三裏轄屬。清光緒二十四年（1898年）威海衛和劉公島被英國強行租占。
1930年（中華民國十九年），國民政府收回威海衛，設立威海衛管理公署，隸屬國民政府行政院。 1945年8月，威海衛解放後，設威海衛市（地專級），由膠東行政公署管轄。
1948年3月改為縣級市，歸東海專區管轄。
1950年3月，實行城鄉分治，原屬威海衛市的港西區、橋頭區、草廟子區、崮山區、鳳林區、羊亭區和裏口山區的南半部分別劃歸榮成、文登、昆崳等縣。
1950年5月改為威海縣，隸屬文登專區。
1951年5月改為威海市。1954年10月改為省轄市，受山東省政府領導，並接受文登專區督導。
1956年，劃歸萊陽專區，同年6月和9月，先後將文登縣的羊亭、港頭、北觀、裏口、雙島、皂河（張家皂）、萊海、鳳林、天東、楊家灘、長峰、河北、望島、老集、皂埠、海埠、衛家、崮山和竹園、宋家窪20個鄉劃歸威海市。
1958年7月，文登縣小城鄉和溫泉鄉的部分村莊劃入威海市，10月文登縣的石嶺、草廟子、溫泉人民公社和榮成縣的橋頭、泊於家人民公社劃歸威海市。12月，改為專區轄市，隸屬煙臺專區（後更名為煙臺地區）。
1965年6月，草廟子、檾山、石嶺人民公社劃歸文登縣，橋頭、泊於家、臥龍人民公社劃歸榮成縣。
1983年11月1日，再次改為省轄市，由煙臺市代管。 1987年6月15日，國務院《國務院關於山東省威海市升級為地級市的批復》批準威海市升格為地級市後，以環翠區名勝環翠樓之義,將原縣級威海市的行政區域設為環翠區。
1992年1月16日，將田村鎮的畢家疃、東澇臺、西澇臺、後峰西劃歸
1991年3月6日成立的威海火炬高技術產業開發區。
1993年1月，蒿泊街道辦事處成建制劃歸1992年10月設立的威海經濟技術開發區。
1994年7月，文登市的初村、草廟子和榮成市的橋頭、泊於四鎮劃歸環翠區。
1996年8月27日，田村街道辦事處成建制劃歸高區，劉公島街道辦事處劃歸市政府直接管轄。
2003年5月12日，初村鎮劃歸高區，崮山鎮、泊於鎮劃歸經區。
2008年4月21日，草廟子鎮劃歸威海市工業新區管轄。
2012年9月，威海市委對全市經濟區劃進行調整，將環翠區橋頭鎮整體劃歸經區，羊亭鎮的北郊、店上、海莊、臥龍和敖上5個村以及張村鎮的前雙島和西山2個村劃歸高區；將經區環山路以西19個村（居），即：皇冠街道辦事處的夏家疃、北葛拉、宅庫、張家疃、河北5個社區，西苑街道辦事處的範家埠、高家莊、谷家窪、徐家疃、嶽家莊、牛角溝、閻家莊、竹園、南葛拉9個村（居），以及鳳林街道辦事處的西山口、北七夼、五家疃、臺下、西莊5個村（居）劃歸環翠區。