泥沟镇简称“泥沟”，因古时沟河交错，道路泥泞而得名。

泥沟镇民国时期属峄县。

解放后，除郭庄、赵庄、沟圈、吴庄、戴庄属峄县，其余归属兰陵县。

1956年属兰城店区。

1957年设泥沟乡。

1958年建泥沟公社。

1960年撤峄县属枣庄市。

1962年析出兰城店、马兰屯两公社。

1962年6月枣庄市设台儿庄区；泥沟镇属台儿庄区。

1984年4月西部设泥沟镇，东部改为兰城店乡。

2001年3月，泥沟镇、兰城店乡合并为新泥沟镇。