清属金州厅南金社。
沙俄侵占时期，属关东省金州行政区。
日本侵占时期，属金州管内二十里堡和刘家店会。
民国三十三年（1945年），属二十里堡区和刘家店区。
民国三十四年（1946年），设金县第11区，属旅大市金县。
1956年1月，设二十里、红旗、水源3乡。
1958年10月，合并为二十里堡公社。
1983年7月，二十里堡公社改乡。
2005年，撤镇设立街道。
2009年12月，经大连市人民政府批准，二十里堡街道交由大连保税区管理。
2010年4月9日，大连市政府宣布启动新市区管理体制改革，二十里堡街道划入大连市新市区。