寒亭區的前身是濰縣，因濰河而得名。濰縣之名稱始自公元1377年（明洪武十年），至1983年9月濰縣撤銷，寒亭區成立，前後達606年。
濰縣疆域有史記載可以追溯到夏朝。北齊改北海郡為高陽郡，治所在下密（現河灘鎮前吉家村，亦即下密吉家）。濰縣境內有下密、平壽、膠東3縣。
隋代，濰地仍置北海郡，時有北海、下密2縣。後又置濰水縣（即原膠東縣）。以濰水作為行政區名稱，始於此。
唐代為北海縣，屬河南道青州北海郡。又設濰州（州治在今濰城），州下領17縣，其中北海、平壽、下密、寒水、濰水5縣地處濰縣境內。
宋代仍為北海縣，屬濰州，後改北海郡，轄北海、昌邑、昌樂3縣，屬京東東路。
金代改京東東路為山東東路。北海縣屬山東東路濰州。州轄3縣1鎮，即北海、昌邑、昌樂3縣和固堤鎮。元代仍稱北海縣。
明初，撤銷了北海縣的建制，直屬青州府濰州。據《明史·地理誌》載：“明洪武九年（1376年）屬萊州府，十年（1377年）五月降（濰州）為縣。”濰縣之名由此開始。
清代與明代略同，地方設省、道、府（州）、縣。清初，濰縣屬萊州平度府，後直屬萊州府。1914年（民國三年）裁府，山東改為四道，濰縣屬膠東道。1928年（民國十七年）廢道，濰縣直屬山東省。1933年（民國二十二年），寒亭區劃為10個區，縣治所在濰城。
1942年12月，將濰縣北部的四、五區和壽光九、十區合並，建立壽濰縣，歷時壹年半之久。 1945年9月3日，抗日戰爭勝利後，濰縣劃為濰北、濰南兩縣。 1948年4月，濰城解放，將濰城、坊子、望留等地劃為“濰坊特別市”。當時，濰北縣政府駐孫家楊孟村，濰南縣政府駐湧泉莊。 1950年1月，濰南縣制撤銷，其轄區並入濰北縣，縣政府仍駐孫家楊孟。1950年6月，濰北縣政府遷至寒亭。 1953年8月，濰北縣制撤銷，其轄區全部並入（新）濰縣，（新濰縣政府駐望留，兩縣政府合並後，隨即遷移寒亭）。這時的濰縣轄18個區、886個自然村。 1958年11月，濰縣並入濰坊市。1962年1月，原濰縣轄區從濰坊市分出，恢復濰縣建制。 1983年寒亭區轄1個鎮、21個公社。 1983年9月，濰縣撤銷。1984年1月，在原濰縣的基礎上，分別成立寒亭區、濰城區、坊子區。原濰縣的杏埠、於河、符山和望留4個公社歸濰城區管轄；清池、湧泉、眉村、溝西、車留莊、穆村和埠頭7個公社歸坊子區管轄；其余11個公社為寒亭區所轄，區人民政府仍駐寒亭。 1984年5月，撤公社建鄉鎮時，寒亭區轄寒亭、固堤、高裏、雙楊店、朱裏、央子6鎮；東莊、郭家官莊、裏疃、泊子、南孫、肖家營6鄉。
此後，相繼又有壹些變動：東莊鄉改稱河灘鎮，裏疃鄉改稱張氏鎮，郭家官莊鄉改稱郭家官莊鎮；肖家營鄉撤銷；寒亭鎮改稱寒亭街道，合並郭家官莊鎮與張氏鎮，成立開元街道。
2007年7月，固堤鎮和泊子鄉合並成立固堤街道，央子鎮改稱央子街道，雙楊店鎮和南孫鄉並於高裏鎮，河灘鎮並於朱裏鎮。又有寒亭經濟技術開發區和海洋化工開發區的設立，時寒亭區轄4個街道、2個鎮。
2008年3月，濰坊市人民政府決定，將寒亭區央子街道（含海洋化工開發區）整建制劃歸濰坊濱海經濟開發區管理；濰坊經濟開發區劃歸寒亭區管理。
2010年5月， 寒亭區撤銷高裏鎮、朱裏鎮，分別設立高裏街道辦事處和朱裏街道辦事處。至此，遂形成了寒亭區下轄2個開發區、6個街道的格局。