金州名称，始于金代。战国时属燕辽东郡。汉置沓氏县，仍属辽东郡。清《读史方舆纪要》载：“沓氏城，在卫（金州）东南”。据史载及遗址考证，当在今大李家镇大岭城。三国魏景初三年（公元239年）因辽东城乱，“以辽东沓县吏民渡海居齐郡界，立新沓县以居徙民”（新沓县故地在今山东省淄川境内）。
两晋、前燕、前秦、后燕属平州辽东郡。后燕光始四年（404年）高句丽割据辽东，于金州地置卑沙城。唐代属安东都护府积利州。辽代属东京道辽阳府。金代，袭辽制，置苏州，属东京路辽阳府。金皇统三年（1143年）降苏州为化成县。金贞祐四年（1216年）升化成县为金州。“金州”之名自此始。金兴定二年（1218年）置金州防御使。
元代，废金州并入盖州路，后又并入辽阳路。明代，洪武五年（1372年）置金州，属山东布政使司。洪武八年（1375年）置金州卫，属辽东都指挥使司。洪武二十八年（1395年）废除州制，专行卫制。治所在今金州城。
清代，初袭明制。顺治十八年（1661年）始设金州巡检司，隶海城县。康熙十九年（1680年）裁金州巡检司，改设金州营。雍正五年（1727年）复设金州巡检司，改隶复州通判。雍正十二年（1734年）裁金州巡检司设宁海县，隶奉天府。道光二十三年（1843年）熊岳副都统衙门移驻金州，隶盛京将军。同年，升宁海县为金州厅。设海防同知衙门，驻金州城西街，隶奉天府尹。
光绪二十年（1894年）日本侵占辽东半岛，于金州设立军政署，实行军事统治。光绪二十一年（1895年）俄、德、法三国“干涉还辽”，金州厅与金州协领衙门建制恢复。光绪二十三年（1897年）冬，沙俄舰队侵占旅顺口，在金州地区设“金州市”、“金州行政区”，属“关东省”。
民国二年（1913年）中华民国政府改金州厅为金县，隶奉天省。民国十四年（1925年）改属沈阳道。民国十八年（1929年）废道制，改奉天省为辽宁省，金县直属辽宁省。民国三十四年（1945年）8月22日，苏联红军进驻金州，实施军管。同年12月16日，成立了中国共产党领导下的金县政府，属旅大行政联合办事处。
1950年12月1日，改属旅大市人民政府。1966年3月31日，改属辽宁省辽南专署。1969年，辽南专署撤销，金县复归旅大市。1981年2月9日，旅大市人民政府改为大连市人民政府，金县属之。
1987年4月，国务院批准金县撤县改区，同年5月20日，举行撤县改区大会，从此，大连市金县更名为大连市金州区。
2010年4月9日，大连市政府正式对外宣布大连市启动新市区管理体制改革，将金州区所辖区域中除二十里堡、三十里堡、石河和亮甲店4个街道之外的12个街道，开发区所辖的9个街道，一并规划为金州新区。