唐宋时期，大石属绵谷县则天乡。
明置军事机构大石堡，属广元县则天乡。
1910年撤则天乡，分东境置大石乡，辖大石、三山、宽川、千金、高坑、顺坝、磁窑7堡。
1915年改大石乡为第二团区，辖大石、三山、宽川、千金、高坑5堡。
1933年7月红四方面军废第二团区，置大石板区苏维埃，属嘉陵县苏维埃。
1935年民国置大石联保，属广元县第一（城厢）区署。
1940年改大石联保为大石乡，属广元县第一（城厢）指导区。
1944年置第三（大石）指导区，辖大石、张坝、元坝等5个乡。
1950年改广元县第三（大石）指导区为大石区，分大石乡西境李家、快乐、缠龙、巷沟、大稻、莲花、张七村置金龙乡，分大石乡北境观音、石笋、东龙、西龙、生产、海棠、建设七村置龙王乡，分张坝乡新建荣山乡、太平乡。
大石区辖大石、金龙、龙王、荣山、太平5个乡。
1951年将城关区的柳林、万缘划入，1955年撤大坝区时，柳桥、元坝、杏树三乡划入，杏树乡并入元坝乡，柳林乡与鱼翅乡合并建东坝乡。
1956年撤金龙乡并入大石乡，和平乡由旺苍县划入，1958年龙王乡并入大石乡，柳桥乡并入元坝乡，太平、和平2乡并入荣山乡，万缘乡化整为零分别并入龙潭、大石、东坝乡。
1961年分大石乡北境原龙王乡重新设置龙王乡。
1985年广元撤县建市，改大石乡为大石镇，与龙王乡同属广元市市中区大石区公所。
1986年11月撤大石区公所，大石镇与龙王乡同属广元市市中区中心区公所。
1989年8月大石镇与龙王乡同属广元市市中区。
1992年9月撤龙王乡，将三颗村划入工农镇，将红岩、大光坡、前哨、冠山、石笋、高坡6村划入大石镇，属广元市市中区。
2007年1月属广元市利州区。