公元前1122年，周武王克商，分封诸侯，封周章于吴地，国号吴。溧水故地属吴。

春秋战国时期，争霸、兼并战争频繁，溧水故地成为楚、吴相争之地。

秦王政二十六年（公元前221年）统一中国，废分封，置郡县，溧水故地属会稽郡溧阳县。

汉高祖五年（公元前202年），刘邦攻灭西楚，统一全国，溧阳县属鄣郡。

西汉元狩二年（公元前121年），废鄣郡，置丹阳郡，溧阳县属之。

东吴黄武元年（222年），析溧阳置永安县。东吴宝鼎元年（266年），以永安隶吴兴郡。

西晋初，永安属丹阳郡。东晋太康元年（280年），改永安为永世。东晋永兴元年（304年）析永世置平陵县，俱属义兴郡。后寻还丹阳。东晋永嘉四年（310年），又分永世、平陵等县。

南朝宋永初元年（420年），溧阳、永世隶丹阳郡，属扬州。南朝宋大明七年（463年），以王畿之内郡属南徐州。南朝宋大明八年（464年），以王畿诸郡复为扬州。

隋朝开皇十一年（591年）析溧阳西北境及丹阳（今江宁小丹阳）故地东部置溧水县，此为溧水建县之始。

宋朝时期，为溧水县。

元朝元贞元年（1295年）升溧水县为溧水州，属集庆路（今南京）。

明朝洪武二年（1369年）改溧水州为溧水县，属应天府（今南京市）。明朝弘治四年（1491年），析溧水西南境置高淳县。

清朝时期，溧水属江宁府。

民国时期，溧水县内区域建置常有变更。

1949年4月25日，溧水实行区建制，属苏南行政公署镇江专区。

1949年5月，溧水县开始建立基层人民政权，至1949年底全县共设立55个乡，438个行政村。

1949年秋，全县划为7个区31个乡。

1951年1月，溧水县划并为48个乡，将第三区柘塘镇、第二区洪蓝镇、第六区在城镇划为县直属镇。

1953年1月，江苏省人民政府成立，苏南行署撤销，溧水县隶属江苏省镇江专区。

1953年10月，句容县袁巷乡的扁担坝自然村和尹家边自然村的句容部分（尹家边村原部分属溧水，部分隶句容）划归溧水县共和乡。

1953年11月，句容县虬山乡的东流、新店两个自然村划归溧水县东屏乡。

1955年6月，县委决定撤销溧水县第六区的建制。全县设7个区、1个镇、61个乡。各区名称改以驻地地名称呼，即：白马区、方边区、柘塘区、洪蓝区、石湫区、孔镇区、新桥区。

1956年3月，县委决定将全县原7个区、61个乡镇，调整合并为东庐、秦淮、茅山、石臼4个区、1个在城镇和26个乡。

1956年9月，撤销区建制，溧水县划为16个乡、1个镇。

1958年，溧水县的16个乡、1个镇成立17个人民公社。

1979年8月，因秦淮河拓宽裁弯取直，江宁县禄口公社的杨家庄、北口渡两个自然村划归溧水县柘塘公社。

1983年3月，溧水县由镇江专区划回南京市管辖。

1984年4月，行政体制变革，恢复乡镇建制。

2000年2月，溧水县完成撤乡建镇，实行镇管村体制，溧水县设8个镇、1个省级开发区，至2005年未变。

2013年2月，经省政府批复同意：撤销溧水县，设立南京市溧水区，以原溧水县的行政区域为南京市溧水区的行政区域。自此，溧水结束了1422年的县制历史。

2015年7月，溧水区永阳镇、柘塘镇撤销，分别设立永阳街道、柘塘街道。

2018年5月，溧水区东屏镇、洪蓝镇、石湫镇，分别设立东屏街道、洪蓝街道和石湫街道。

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