汉代，本溪市区、本溪县属幽州辽东郡襄平县。公元前108年（汉武帝元封三年）灭卫氏朝鲜，增设乐浪、玄菟茧、真番、临屯4郡，桓仁县属玄菟郡；公元前37年（汉元帝建昭二年）扶余王子朱蒙避难逃亡至纥升骨城（即今桓仁县五女山，有旧城遗址），建国立都号称高句丽，为中国少数民族政权：公元3年（汉平帝元始三年，高句丽琉璃明王二十二年）移都国内城（今吉林省集安县），纥绝升骨城作为高句丽都城长达40年；之后，桓仁地域一直为高句丽部族政权辖地，直至唐代。
三国时期，本溪市区、本溪县属幽州辽东郡襄平县。
西晋时期，本溪市区、本溪县属平州辽东郡（国）襄平县。
东晋十六国时期，本溪市区、本溪县属平州辽东郡襄平县。
南北朝和秦朝时期，本溪市区。本溪县属高句丽部族政权所辖。
公元668年（唐高宗总章元年），唐灭高句丽，收复辽东故地，置安东都护府，本溪市区、本溪县属河北道安东都护府辽城州都督府；桓仁县属河北道安东都护府哥勿州都督府。
公元820年（唐宪宗元和十五年），大柞荣建立渤海国，桓仁县属渤海国西京鸭渌府桓州。
公元909年（辽太祖三年），契丹占据辽东，本溪市区、本溪县属契丹部族辖地；公元919年（辽大祖神册四年），契丹修辽阳故城，改名为东平郡，本溪市区、本溪县属东平郡。
公元926年（辽太祖天显元年），灭渤海国，改其地为东丹国，是时桓仁属东丹国；公元980年（辽景宗乾亨二年）废除东丹国，改置东京道，本溪市区、本溪县属东京道辽阳府，桓仁县属东京道鸭渌府。
1125年（金大帝天会三年），金灭辽，继而废道置路。本溪市区、本溪县属东京路辽阳府，桓仁县属东京路婆娑府。
1287年（元世祖至元二十四年），在辽阳等处设置行中书省，翌年改东京路为辽阳路，本溪市区、本溪县属辽阳行省辽阳路，桓仁县先属辽阳行省婆婆府路，后改隶婆娑巡检司。
1371年2月（明洪武四年），置辽东卫指挥使司，同年7月改置定辽都卫，1375年10月（明洪武八年）又改置辽东都指挥使司；1377年（明洪武十年）改所椿州县为卫、所：1403年（明永乐元年）设置建州卫；1409年（明永乐六年）设置奴儿干都指挥使司，本溪市区。本溪县属辽东都指挥使司东宁卫，桓仁县属贝儿子都指挥使司建州卫。
1644年（清顺治元年），本溪市区、本溪县属于辽阳府；1657年（清顺治十四年）移府盛京（后改为奉天府），降辽阳府为辽阳县；1664年（清康熙三年），升辽阳县为辽阳州；至1906年本溪县设治前，本溪市区、本溪县分属于奉天府辽阳州、兴京抚民厅、凤凰厅三地。清康熙年间桓仁一带被列为封禁地；1877年（清光绪三年）设置怀仁县，隶兴京抚民厅。
日俄战争结束以后，日本帝国主义在本溪地区活动频繁，强行开采煤炭资源，中日交涉事宜日多；加之本溪地处山区，煤炭。木材、山货等资源丰富，人烟日渐稠密，匪息屡起。盛京将军赵尔巽，鉴于本溪地区的实际情况，为加强对这个地域的管理，于1905年（清光绪三十一年）10月28日奏请请：“辽阳州属本溪湖附近一带，毗连兴京、凤凰，万山重叠，路径分歧，为盗渊薮，应另设知县。”1906年（清光绪三十二年）7月筹设县署衙门，同年10月，清政府正式批准将辽阳州东部、兴京抚民厅西南部、凤凰厅北部地区划出，设本溪县建置。据《清实录》载：“光绪三十二年十月辛卯，添设本溪知县，从盛京将军赵尔巽之请也。”本溪县设置后，始属东边道，后属奉天首。
1914年（民国3年）本溪县、桓仁县（是年由怀仁县改称）均隶属于奉天省东边道。
1928年（民国17年）张学良在东北易帜后，改奉天省为辽宁省，本溪、桓仁两县仍属之。
1931年“九·一八”事变后，东北沦为日本帝国主义殖民地，翌年3月，建立伪“满洲国”，本溪县隶属于奉天省，桓仁县隶属于安东省。
1937年（民国26年）日伪政权实行街制，在本溪县公署所在地本溪湖设立本溪湖街。日本政府以撤销“治外法权”名义，将满铁附属地文还日本帝国主义控制下的伪满政权，原满铁附属地本溪湖火车站、顺山。河沿一带并入本溪湖街。
1939年（民国28年）伪满政权将本溪湖街、宫原一带从本溪县划出，设置本溪湖市，隶属于奉天省。
1945年“八·一五”日本帝国主义宣告无条件投降。9月18日，中国共产党领导的冀热辽军区十六军分区部队进驻本溪。10月8日和10月18日，先后成立本溪市、本溪县民主政府，均隶属于辽宁省。
1946年国民党军队大举进攻解放区，5月3日占据本溪市区，成立国民党本溪湖市政府及本溪县政府，隶属于辽宁省。
本溪市、县民主政府由本溪市内转移到本溪县后，于当年6月，辽宁省政府决定撤销本溪市民主政府。本溪县民主政府在本溪农村开展游击斗争。
1946年10月1日，国民党辽宁省政府下令撤销本溪湖市，将市区并入本溪县。
1948年本溪全境解放，成立本溪市人民政府。本溪市、本溪县。桓仁县均隶属于安东省。
1949年10月1日，新中国成立，设有9个直辖市（重庆、广州、南京、沈阳、鞍山、西安、抚顺、本溪、武汉），本溪在建国初期是中国十大直辖市之一。
