牟平区境域古为嵎夷地，夏代属青州地(《尚书·禹贡》)。商代属莱侯国地。西周属莱子国地。齐灵公十五年（前567），齐国灭莱子国，为齐国东莱地。秦代属腄县地。
西汉初，设东牟县，隶属青州东莱郡（《汉书·地理志》），县治在今牟平城区。王莽代汉，东牟县改名弘德县。东汉建武五年（29），复名东牟县。永平二年（59），割东莱郡东牟等县入琅琊国（《后汉书·光武十王传》），后还属东莱郡。西汉时区境西南部为胶东国观阳县地（县治在今观水镇），东汉时改属北海国。
三国时魏沿设东牟县，隶属青州东莱郡（另据《三国志·何夔传》属长广郡）。
西晋初，东牟县并入治所在今福山区的牟平县。东晋到北魏期间，区境先属治所在今福山区的牟平县，继属治所在今蓬莱市的牟平县。北齐天统四年（568），区境属光州长广郡文登县地（《太平环宇记》）。
隋代，仍属文登县地，文登县初属牟州，后改属莱州。大业三年（607），莱州改为东莱郡。
唐初，仍属文登县地。武德四年（621）于文登县置登州治所，贞观元年（627）州废县存。贞观二年，省设治在今龙口市境内的牟平县。麟德二年（665）分文登县地置牟平县，治所在汉代东牟故城，即今牟平城区。如意元年（692）于牟平县设登州治所，辖牟平、文登、黄三县（《太平环宇记》）。神龙三年（707）州治移至蓬莱县，牟平县隶属不变。天宝元年（742）登州改名东牟郡，乾元元年（758）复称登州。
五代至北宋，均沿设登州牟平县。宋时登州又别称东牟郡，属京东东路。
“靖康之变”后,京东东路地为金扶立的齐政权所辖。金天会九年（1131），于牟平县治置宁海军。天会十五年，金废齐，牟平县、宁海军为金直接统治。大定二十二年（1182），升宁海军为宁海州，隶属山东东路，治所仍在牟平城，辖牟平、文登二县。
元沿设宁海州，州治仍在牟平城，辖牟平、文登二县。初属益都路，中统五年（1264）改属淄莱路。至元九年（1272）直属中书省（《元史·世祖本纪》）。
明洪武元年（1368），牟平县并入宁海州，州治不变，属山东行中书省莱州府，辖文登县。洪武九年（1376）改属山东承宣布政使司登州府。
清代，沿设登州府宁海州，不辖县。
1913年，宁海州改为宁海县。因与浙江省宁海县重名，次年改名牟平县，属胶东道。1925年改属东海道，1928年直属山东省。1936年至1945年，先后属山东省第七行政区、鲁东道和登州道。
1941年1月，中国共产党领导的牟平县抗日民主政府成立，牟平县隶属胶东行政区东海专区。1947年10月，以辛安河为界分为牟平、牟东二县，牟平县隶属烟台市，牟东县隶属东海专区；次年6月，又合并为牟平县，隶属胶东区东海专区。
1950年5月，牟平县属山东省文登专区。1956年3月，改属莱阳专区。1958年11月，牟平县撤销，并入烟台市（今芝罘区）。次年11月，恢复牟平县，隶属烟台地区。1983年11月，烟台地区改为地级市，牟平县隶属烟台市。1995年1月，撤牟平县，设烟台市牟平区。
附1：牟平区名由来
“牟平”作为县级区划名称的由来，最早见于《元和郡县图志》：“（牟平县）本汉县……在牟山之阳，其地夷坦，故曰牟平。”这里所说的牟平县设于西汉初，治所在今福山区古现镇，与今牟平区在境域上没有关系。今牟平区当时属东牟县，与当时的牟平县同属东莱郡。西晋初，东牟县并入牟平县。后来牟平县的设置和区域屡经变迁，至唐麟德年间复设牟平县，治所设在今牟平城区。自此，“牟平”之名移到今牟平区。由《元和郡县图志》的记载可知，今区名源于汉代的牟平县。今牟平城区北面有牟山，却并非牟平命名之山，是牟平县名移来后，遂按方位指称牟山。
附2：民国《牟平县志》晋、南北朝时期东牟郡考
《东晋疆域志》云：“东牟郡晋置，两汉皆为县，属东莱郡，晋志无，今考晋怀帝永嘉元年，有东牟太守庞伉，则郡属西晋末所置也。县可考者一，曰东牟，汉旧县。”《续山东考古录》云：“宁海州汉东牟县，后汉因之，魏属长广郡，晋初省，后置东牟郡。”《（清）一统志》东牟故城注云：“晋怀帝永嘉元年，有东牟太守庞伉，《魏书·张幸传》‘为慕容超东牟太守。’东牟有郡，当自晋始，有郡不应无县。”又云：“《晋书》扶风王骏，咸熙初徙封东牟侯，似晋初县未省，但晋县属泰山郡者，亦称东牟，未敢据。”据此则今（牟平）县似又当为晋东牟郡东牟县。
按晋既有东牟太守，当然有东牟郡，但郡治何所？领何县？殊无明证。《续山东考古录》虽以“刘宋无东牟县，未敢据置东牟郡，断晋复置东牟县”，然亦未敢断晋必不置东牟也。至（清光绪）《（登州）府志》谓“晋废东牟入牟平，属东莱国”，是必晋无东牟郡然后可；如果有东牟郡，则牟平以东，既无他县可领，牟平以西，又全属东莱所有，东莱以外，即系长广郡属，将置东牟郡於何地也？考东牟郡之名，始见《魏书·地形志》，郡治黄县中郎城，领牟平、黄、、观阳四县。唐宋亦各设东牟郡治於蓬莱，领蓬莱、牟平、文登、黄四县。前后辖境，虽少有出入，大抵由今黄县蓬莱以东，尽海而止。晋之东牟郡，当系析割东莱所置，郡治与领县，虽不可考，然以后魏、唐宋郡境推之，亦可想见概略。今（牟平）县在当日，无论为东牟，或省入牟平，其为东牟郡属县无疑。惟晋志及刘宋州郡志，皆未列有东牟郡，未敢武断，故阙之以俟考。
附3：民国《牟平县志》牟子国考
《齐乘》云：“牟平，古牟子国，祝融后。”《山东通志》、《登州府志》（均据清光绪年间新志）并以宁海州为春秋牟子国地。
按《春秋》以牟名国者有二：桓公十五年“牟人来朝。”注云：“今泰山牟县。”《莱芜县志》云：“牟城在县东二十里，春秋时牟国。”又宣公九年“取根牟。”注云：“根牟东夷国也。”《环宇记》云：“根牟国即密之安邱，隋之牟山县。”《青州府志》云：“安邱县西南十五里为牟山。”此二国古地，皆不在今（牟平）县境内。《续山东考古录》云：“福山周牟国，齐迁牟国於此。”又云：“牟平县古城，在西北三十里，今古县社（俗作古现）。”（民国）《福山县志》则谓：“在县西北二十五里，今牟城社。”《环宇记》以牟平古城为在蓬莱县东南九十里，据今蓬福两县相距百四十里测之，相差无几，其为汉牟平无疑。是牟国迁地，亦不在今（牟平）县境内。
今（牟平）县系汉之东牟，汉县东牟以西为腄，腄以西为牟平，牟平既为牟国迁地，则东牟即牟东也。春秋齐人迁牟，约在灭莱以后，牟当播迁之余，寄居大国，不过等於属邑，何敢与齐争地，然既有牟国之名，牟以东又别无他国限制，即统指为牟子国地亦无不可。盖登州古为嵎夷地，周时为天子闲田，东迁后遂属於齐，齐未设城邑，后乃迁牟於此，志地理者，举国为标，由牟以东，即统以牟国视之；故以东牟名郡，以东牟名县，历代沿用已久，今（牟平）县当然在范围内耳。