昔稱(chēng)“大肚子川”，又稱(chēng)“草帽頂子”。
清代，隸屬寧古塔副都統(tǒng)管轄。
清光緒二十九年（1903）設(shè)置綏芬廳后，屬由義社管轄。
1917年隸屬東寧縣第二區(qū)。
1936年將周?chē)闵⒕用窦杏诖私ㄍ停Q(chēng)大肚川屯。
1939年屬石門(mén)子村，1943年改稱(chēng)大肚川村。
1945年設(shè)置大肚川區(qū)，1948年10月改為第五區(qū)，為區(qū)政府駐地。
1956年5月，撤區(qū)劃鄉(xiāng)，分設(shè)大肚川、團(tuán)結(jié)、石門(mén)子3個(gè)鄉(xiāng)。
1958年9月，將3個(gè)鄉(xiāng)合并成立鋼鐵人民公社。
1959年改為大肚川公社。
1984年，改稱(chēng)大肚川鄉(xiāng)。
1985年3月，改設(shè)大肚川鎮(zhèn)。
名稱(chēng)沿用至今。