南海区的历史，也十分的悠久，最早可以追溯到先秦时期。先秦时期，南海属于中国百越地区中的南越分支。秦始皇统一六国建立秦朝后，派出50万大军南征百越。当时的百越地区，闽越、南越、西瓯、骆越等支系尽数被秦朝征服。秦朝并于百越故地设置南海郡、桂林郡、象郡三大郡。
秦朝时期的“郡”是一级行政区划，相当于今天的“省级”区划。今天的广东省佛山市南海区，最早便可以追溯到这一时期设置的南海郡，也是“南海”之名之开始。秦朝时期的南海郡，下辖番禺县、四会县、博罗县、龙川县共计4个县，治所在番禺县（广州城），辖地相当于今天的珠三角地区、粤东地区、粤北地区之和。
宋朝时期的南海县，朝廷曾将番禺县、四会县一起并入了南海县；明朝时期，从南海县分设出顺德县、三水县，即今天的顺德区、三水区；清朝时期，从南海县分设出花县，即今天的广州市花都区；民国时期，国民政府将佛山镇从南海县分出，成立佛山市。后来又撤销佛山市建制，恢复佛山镇建制，重新划为南海县管辖。由此可见，现在经济发达的佛山，最初的时候只是南海县的一个镇。
1983年6月1日，粤中行署和佛山市进行合并，自此顺德县、南海县、高明县、三水县、中山县等皆正式隶属佛山市管辖。当然后来的南海县也曾有过短暂的辉煌，就是1992年9月23日的时候，南海撤县设市——成立县级南海市。
可惜好景不长，2002年12月8日的时候，县级南海市被撤销，被改设为南海区，归属佛山市管辖。自从，南海成为佛山市的一个城区。
