唐、宋时属孝顺乡。
明、清时属四十都、四十一都。
1929年属第六区。
1944年设立湖溪镇。
1950年分拆设立镇湖、白泉、蟠谷3个乡。
1956年镇湖、蟠谷乡合并改称湖溪乡。
1958年改称湖溪公社湖溪管理区。
1961年称湖溪公社。
1983年复称湖溪乡。
1985年撤乡设立湖溪镇。
1992年5月南上湖、南江乡并入。
1994年12月原南上湖乡（除后山店片和楼店等9个村外）的18个村划归横店镇管辖。
2003年9月郭宅镇并入。
2004年10月15日，东阳市人民政府东政发〔2004〕78号批复，由75个行政村合并为28个行政村。