清屬金州廳南金社。

沙俄侵占時(shí)期，屬關(guān)東省金州行政區(qū)。

日本侵占時(shí)期，屬金州管內(nèi)二十里堡和劉家店會(huì)。

民國三十三年（1945年），屬二十里堡區(qū)和劉家店區(qū)。

民國三十四年（1946年），設(shè)金縣第11區(qū)，屬旅大市金縣。

1956年1月，設(shè)二十里、紅旗、水源3鄉(xiāng)。

1958年10月，合并為二十里堡公社。

1983年7月，二十里堡公社改鄉(xiāng)。

2005年，撤鎮(zhèn)設(shè)立街道。

2009年12月，經(jīng)大連市人民政府批準(zhǔn)，二十里堡街道交由大連保稅區(qū)管理。

2010年4月9日，大連市政府宣布啟動(dòng)新市區(qū)管理體制改革，二十里堡街道劃入大連市新市區(qū)。