辽、北宋时属东京道铁骊王府,为女真邬畏于厥部活动区。
金、南宋时属东京蒲与路屯河猛安。
元代属辽阳行省水达达路桃温万户府。
明代属奴尔干都司屯河卫辖区。
清代属兴东道。
民国十七(1928年)国民政府废道,当时在伊春河一带拟设伊春厅,美溪林区正置伊春厅所辖之内,伪满时隶属三江省汤源县,抗日战争胜利后属合江省汤源县。
民国三十六(1947年),合江省林务局南岔分局在美溪设82公里作业所。
1949年定为美溪林务所,1950年8月,扩建为美溪林务分局,1951年7月,美溪林务分局迁址五道库,1953年,五道库林务分局扩建为森林工业局,同年3月,伊春县建立后,美溪村公所改建为伊春县辖治和村级镇。
1955年10月,美溪区公所组建,属伊春县领导,美溪设镇政府。
1957年11月,五道库森林工业局迁址美溪,在美溪成立五道库林管区。伊春县扩建为伊春市,美溪改为市辖区。
1958年1月,五道库森林工业局和五道库管区合并,同年4月,五道库森林工业局更名为黑龙江省美溪林业局。是年10月,美溪区人民政府易名为美溪人民公社。
1960年3月,美溪人民公社、美溪林业局实行第一次政企合一,1962年1月,政企分设,1964年9月,实行第二次政企合一,统称为美溪区人民政府、美溪林业局,简称美溪区(局)。
1967年6月7日,成立美溪区革命委员会,1971年9月,恢复美溪林业局党委。
1980年9月22日,撤销美溪区革命委员会,恢复美溪区人民政府、美溪林业局建制。