唐、宋時屬孝順鄉(xiāng)。
明、清時屬四十都、四十一都。
1929年屬第六區(qū)。
1944年設立湖溪鎮(zhèn)。
1950年分拆設立鎮(zhèn)湖、白泉、蟠谷3個鄉(xiāng)。
1956年鎮(zhèn)湖、蟠谷鄉(xiāng)合并改稱湖溪鄉(xiāng)。
1958年改稱湖溪公社湖溪管理區(qū)。
1961年稱湖溪公社。
1983年復稱湖溪鄉(xiāng)。
1985年撤鄉(xiāng)設立湖溪鎮(zhèn)。
1992年5月南上湖、南江鄉(xiāng)并入。
1994年12月原南上湖鄉(xiāng)（除后山店片和樓店等9個村外）的18個村劃歸橫店鎮(zhèn)管轄。
2003年9月郭宅鎮(zhèn)并入。
2004年10月15日，東陽市人民政府東政發(fā)〔2004〕78號批復，由75個行政村合并為28個行政村。