夏、商兩代，境內屬于古徐州的屬地。
春秋戰(zhàn)國時期，境內先屬魯國，后屬楚國。
明洪武元年（1368年），境內隸屬海州直隸州。
滿清時期，屬海州沭陽縣韓山鎮(zhèn)。
民國二年（1913年），設湯溝鄉(xiāng)，位于漣水、灌云、沭陽三縣交界處，屬沭陽縣第五區(qū)。
民國二十九年（1940年），隸屬于東灌沭辦事處第二聯(lián)防區(qū)。
民國三十二年（1943年），劃入灌云縣曙紅區(qū)。
1949年，解放后劃入灌云縣曙紅區(qū)。
1957年，撤區(qū)并鄉(xiāng)，撤銷曙紅區(qū)，將所轄區(qū)域合并為三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，湯溝區(qū)域分屬曙紅鄉(xiāng)與海亭鄉(xiāng)。
1958年3月，劃歸灌南縣，并改為曙紅人民公社。
1958年9月，全縣實行人民公社化運動，湯溝區(qū)域分屬曙紅公社以及海亭公社。
1981年6月，由白皂、孟興莊兩公社西部部分大隊析出，成立湯溝人民公社。
1983年3月，鎮(zhèn)社分設時更名湯溝鄉(xiāng)。
1985年10月，撤鄉(xiāng)設鎮(zhèn)。