镇海历史悠久，小港横山下、沙溪蛇山山麓，均发现有新石器时代人类居住的遗迹。
春秋末越国建国后，其地始有所归属。
秦王赢政二十五年（前222年）置会稽郡，立句章县，因本地处句章县治之东，故称句章东境，为时843年。
唐武德4年（621年）析古句章，分置姚、鄞两州。八年，更鄞州为鄮县，本地改称鄮县东境。唐元和四年（809年），在鄮东甬江口建望海镇，为镇海建治之始。
后梁开平三年（909年）5月，吴越王钱镠巡视明州，筑城于望海镇；闰八月，钱镠因望海镇地滨海口，有渔盐之利，奏置望海县（《太平寰宇记》），为建县之始。未几改为定海县。当时县境仅辖清泉、灵绪、崇邱和金塘四乡。
宋熙宁十年（1077年）划鄞县灵岩、泰邱、海晏三乡归定海，元丰元年（1078年）划金塘隶昌国，清泉析为东西两乡，自此县辖七乡，定为上县。
元时建置袭宋制。明洪武二十年（1387年），昌国废县改卫，原昌国县境（今舟山市）统隶于定海县，直至清康熙年间。
康熙二十六年（1687年）改原定海县为镇海县，定海建名达778年。次年，析出原昌国境另建定海县。至此，舟山归属镇海为时300年。镇海县建置相沿民国时期未变。
中华人民共和国建立后，因政治和经济建设等因素，建置更迭与县境变化甚频。1954年底，龙山北部10个乡镇划归慈溪县（今慈溪市）；慈东的河头、长石等5乡划属镇海；杭州湾口滩浒岛划归嵊泗。1958年自余姚县划入汶溪乡；同年底撤县并入宁波市，1963年1月恢复镇海县建置。1985年7月，再次并入宁波市，同年10月正式撤销县建制，建立宁波市镇海区，镇海县名共历299年。县自始建至撤销为时1077年。
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