老边区在历史上，北属海城，南属盖平。解放初，大部属营口县。
清光绪三十四年（1908年），境内的107个自然屯由海城、盖平两县分辖，其中归盖平县管辖有82个，归海城县管理有25个。
清宣统元年（1909年），营口直隶厅成立，原由海城县管辖的25个自然村屯划归营口直隶厅。
民国二年（1913年），营口直隶厅改为营口县，各自然村屯同时归营口县。
民国二十七年（1938年），地主行政区变更，为营口县、盖平县、海城县分辖，营口市辖27个村屯，盖平县辖62个村屯，海城县辖23个村屯。
民国三十六年（1947年）秋，境内设为营口县柳树区。
民国三十七年（1948年），靠近营口近郊的8个村成立营口市工农区；
1950年11月改为营口市第五区。
1956年和1957年，营口县将西部靠近营口市的37个村先后划给营口市第五区。
1957年9月营口市第五区正式改称营口市郊区。
1984年7月，经辽宁省人民政府批准，营口市郊区更名为营口市老边区。
1996年，老边区面积294.5平方千米，人口13万人。辖2个街道、2个镇、2个乡：老边街道、示范场街道、路南镇、柳树镇、老边乡、二道沟乡。
1998年，辽宁省政府（辽政[1998]12号）批准：撤销老边乡、二道沟乡，合并设立二道镇。1999年，辽宁省政府（辽政[1999]69号）批准：撤销老边区示范场，设立城东街道。2000年，全区辖2个街道、4个镇：老边街道、城东街道、路南镇、柳树镇、边城镇、二道镇。
2000年第五次人口普查，老边区常住总人口137226人，其中：老边街道23143人，城东街道2084人，路南镇56439人，柳树镇23298人，边城镇25264人，二道镇6998人。
2002年6月，全区辖2个街道、4个镇，5个社区、69个村委会，面积305平方千米，人口约12.74万人。
2005年，营口盐场（市直辖，行政区划上属老边区）西部区域成立辽宁（营口）沿海产业基地，东部区域仍为营口盐场。营口盐场和辽宁（营口）沿海产业基地由营口市直辖，行政区划上属老边区。
2007年5月22日，省政府（辽政[2007]101号）批复同意将原属于老边区边城镇孙家村0.201平方千米的行政区域划归大石桥市金桥街道办事处李屯村管辖。
2009年，撤销二道镇，设立沿海街道。调整后，全区辖3个街道、3个镇：老边街道、城东街道、沿海街道、路南镇、柳树镇、边城镇。
2010年6月，全区面积305平方千米，实际常住人口126745人。辖3个街道、3个镇，5个社区、60个行政村。区政府驻老边区龙山大街。
2012年，将老边区路南镇的大水塘村（约5.48平方千米，人口18000人）、沿海街道（约9.76平方千米，人口22759人）划入西市区，路南镇的光明村（约3平方千米，人口8558人）、董家村（约1.1平方千米，人口888人）、新兴村（约1.13平方千米，人口1208人）、大兴村（约3.68平方千米，人口1360人）共4个村划入站前区；将部分盐田（约42平方千米）划入老边区。调整后，老边区面积增加约17.85平方千米；人口减少约52773人。
2010年第六次人口普查，老边区常住总人口125454人，其中：老边街道30047人，城东街道1595人，沿海街道4815人，路南镇49367人，柳树镇18962人，边城镇20668人。
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