黃島,古為萊夷之地。周武王封少昊之後裔茲輿期為莒子,建都於計,時屬莒國。春秋戰國時期屬齊國介根。秦漢兩朝屬琅琊郡之黔陬縣。三國時屬魏國城陽郡之黔陬縣。西晉屬高密國黔陬縣。東晉屬高密郡黔陬縣。南朝宋孝武帝並北海省高密郡,改屬北海郡黔陬縣。北朝後魏孝莊帝永安二年(公元529年)置膠州,領東武、高密、平昌3郡,時屬高密郡之黔陬縣。北齊文宣帝天保七年(公元556年)置平昌郡於黔陬縣。隋文帝開皇三年(公元583年)廢平昌郡,以黔陬直隸膠州。五年(公元585年)改膠州為密州,時屬密州之黔陬縣。自隋煬帝大業元年(公元605年)始屬密州之膠西縣。至唐高祖武德六年(公元623年)屬密州高密縣之板橋鎮。宋哲宗元佑三年(公元1088年)省板橋鎮復屬密州之膠西縣。明太祖洪武四年(公元1371年)省膠西縣直隸膠州。(摘自《黃島區志》(簡本))
至清光緒二十四年(公元1898年),清政府被迫與德國簽訂喪權辱國的《膠澳租界條約》,黃島和薛家島兩地始從膠州析出,劃為膠澳商埠一起淪為德國租界地。而辛安和薛家島西部5村仍屬膠州,為膠州之霑化鄉。宣統三年(公元1911年)春,膠州變6鄉制為13區制,霑化鄉又改為朱仲區。1929年4月,黃島和薛家島兩地屬青島特別市海西區。1930年,膠縣朱仲區改為膠縣第5區。1942年12月,黃島和薛家島兩地劃歸為青島特別市膠州區,薛家島為膠州區直屬鎮,黃島歸膠州區第5區。1944年,黃島和薛家島兩地再次從膠州區析出劃歸偽青島特別市海西區。1945年8月,日本帝國主義無條件投降,黃島、薛家島、辛安全境解放。同時成立珠山縣民主政府,亦即諸膠縣民主政府。黃島、薛家島、辛安全部劃屬珠山縣。11月,珠山縣撤銷歸併膠縣。1946年9月,再次從膠縣析出,劃屬新成立的膠南縣。先轄於濱北專員公署,1950年又轄於膠州專員公署。1956年7月撤膠州專員公署,改轄於昌濰專員公署。1958年10月轄於青島市。1961年復歸昌濰專員公署。(摘自《黃島區志》(簡本))
至1976年10月,山東省革命委員會決定,將黃島、薛家島、辛安3處人民公社從膠南縣劃出,組建黃島革命委員會,為縣級建制。1979年1月,又經國務院批准,將黃島革命委員會從昌濰地區分出,歸屬青島市,為青島市黃島區,縣級市區建置。此時,黃島是為黃島區的行政經濟文化中心。
1973年6月,國務院決定,西起勝利油田孤島,東至昌濰地區膠南縣的黃島,鋪設原油管線一條。並在黃島建設末站原油儲存庫一處和年吞吐量1000萬噸的原油輸出碼頭一座。原昌濰地區革命委員會組建了昌濰地區黃島建港指揮部,負責建港事宜。該數項國家重點建設工程於1976年6月相繼建成投產使用。10月組建昌濰地區黃島革命委員會。同時,中共昌濰地區委員會亦建立中共昌濰地區黃島工作委員會。1979年1月,經國務院批准,設定區級建置,駐地在黃島,故正式命名為黃島區。(摘自《黃島區志》(簡本)) 由此,黃島連線大陸,成為半島。
1985年青島經濟技術開發區在黃島區興建。1989年,黃島油庫遭雷擊後爆炸,引發大火。1992年經山東省委、省政府批准,青島經濟技術開發區與黃島區兩區體制合一後,總面積擴大到217.33平方公里。 自此,黃島島內開始偏離城市發展中心,島內發展趨於停滯,連線大陸的兩側開始填海造陸,發展物流化工,化工產業畸形超速發展。
2004年,膠南市紅石崖鎮整建制劃歸黃島區,面積進一步擴大至274.1平方公里。
2012年原黃島區(青島經濟技術開發區)與原膠南市合併成為黃島新區,合併完成後黃島區總面積約為2096平方千米,總人口為171萬,成為青島市第一大行政區。
2013年11月22日,11·22青島輸油管道爆炸事件發生,死亡60餘人。
其中北部6街道與王台(含黃山經濟區)、靈山衛街道辦事處(含積米崖港區)為國務院批准設立的首批國家級經濟技術開發區的青島經濟技術開發區。青島前灣保稅港區和董家口港區均位於黃島區。
現在, 黃島成為青島經濟技術開發區黃島街道辦事處的駐地,卻已僻居一隅,在黃島新區的最東北角距離城市中心漸行漸遠。