1958年设海燕人民公社，1961年更名林旺人民公社，1983年置林旺乡，1986年撤销林旺乡改建林旺镇。

2001年6月15日，海南省人民政府批准调整三亚市乡镇行政区划。8月，林旺镇、藤桥镇合并成立海棠湾镇。

2008年，中共海棠湾工作委员会、海棠湾管理委员会成立。

2014年1月25日，《国务院关于同意海南省调整三亚市部分行政区划的批复》（国函[2014]14号）批复同意海南省撤销三亚市所辖六镇，新设四个市辖区。其中，同意撤销三亚市海棠湾镇，设立三亚市海棠区，以原海棠湾镇的行政区域为海棠区的行政区域，海棠区人民政府驻新民路116号。

2014年9月19日，中共三亚市海棠湾工作委员会、三亚市海棠湾管理委员会正式更名为中共三亚市现代服务业产业园工作委员会、三亚市现代服务业产业园管理委员会。同日，海棠湾区筹备组正式成立。

2015年1月2日，三亚市海棠区正式挂牌成立。