清道光十八年（1838年），东莞明伦堂在此围垦，寓意是在汪洋巨浸之中，造成万顷沙良田，万顷沙镇因此而得名。
1953年与南沙、龙穴岛、长沙村、大虎山
、小虎山一起划属珠海，为珠海县第四区。
1954年，中山县析出的大鳌沙、沥心沙、缸瓦沙等地并入珠海四区。
1955年秋改称为万顷沙区。
1957年划属中山县，改称万顷沙乡。
1958年10月，与珠江农场合并为万顷沙公社。
1959年1月，析出珠江农场，黄阁公社并入；4月，析出黄阁改属大岗公社；7月划属番禺。
1961年3月，析出南沙公社。
1984年为万顷沙区。
1987年为万顷沙镇。
2002年3月，原新垦镇并入万顷沙镇。并镇后万顷沙镇下辖15个村委会和2个居委会，行政区域面积319.2平方公里，其中陆地面积约160平方公里，水域面积150多平方公里，总人口4.04万人。
2005年，经国务院批准，广州市设立南沙区。是年10月，万顷沙镇成建制从番禺区正式移交给南沙区管辖，万顷沙成为南沙开发区地域最大的一个镇。
2009年1月，珠江管理区撤区设街，龙穴岛地区行政社会事务划归万顷沙镇管理，万顷沙中心社区划归珠江街管辖。
