湖內區位於本市的西北部，北以二仁溪與臺南市灣裡地區及臺南市仁德區為界，西鄰茄萣區，東、南兩面則與路竹區接壤。本區雖地近臺南市，但荷蘭時期是否有漢人入墾定居，因文獻無證，難以確定。明鄭入臺以後，漢人拓墾的腳步逐漸向南越過二仁溪，本區乃成為當時的重要開墾地區之一，首先有鄭氏軍中的一名王姓參軍，屯墾於本區東南境，名為參軍庄。後以墾民日多，圍仔內、湖內等處也已陸續成庄，區境乃分別被編設為文賢及長治兩里，文賢里在西北，以圍仔內庄為中心：長治里在東南，湖內庄、參軍庄一帶屬之，兩里同隸屬萬年縣（永曆１８年，即西元１６６４年之後改為州）管轄。
康熙２２年（西元１６８３年），臺灣入清朝版圖，翌年４月，設官分治，置一府三縣，其中臺灣、鳳山兩縣大致以二仁溪為界，本區恰位於臺鳳兩縣交界，因此西北部的文賢里歸臺灣縣轄，東南的長治里則隸屬鳳山縣。康熙３０年代（西元１６９０年代），臺灣實施保甲制度，文賢和長治兩里各又被分成一、二圖，本區境包括當時的臺灣縣文賢里二圖，和鳳山縣長治里二圖，分別編有居民８甲和１６甲。（高拱乾，１９６０：３８～３９）由於清初臺、鳳、諸三縣界的劃分不當，造成整個文賢里橫跨於二仁溪南北兩岸等種種問題，形成行政上的不便，為解決此一問題，乃於雍正９年（西元１７３１年）重新調整臺鳳兩縣的疆域，以二層行溪河道為界線，將文賢里二圖的溪南部分併入鳳山縣。至此以後直至清末，地方行政界線未曾改易。
乙未割臺以後，最初臺灣南部仍在台灣民主國大將軍劉永福的控制下，行清朝舊制，同年（即明治２８年，西元１８９５年）９月，劉永福兵敗內渡中國，１１月日本總督府設臺南民政支部，本區屬之。隸鳳山出張所管轄，包括文賢里和長治二圖里。明治２９年３月改隸臺南縣鳳山支廳，明治３０年４月改為鳳山縣大湖辦務署轄，明治３１年２月廢鳳山縣，本區隨境大湖辦務署併入臺南縣，明治３４年１０月廢縣設廳，再度改屬於鳳山廳阿公店支廳，但這些都只是縣廳級行政區域的調整而已，並未涉及地方上里與庄里範圍的變動，長久以來屬於本區的二大地區文賢里與長治里，甚至連名稱都未曾更動。
明治４２年（西元１９０９年）１２月，臺灣第五任總督佐久間左馬太第７度調整地方行政區域，除將原有２０廳廢和為１２廳，廳下仍置支廳外，其下再設區、里、庄三級地方行政體系，其中新設的區為以前的一里或數里合併，為日後鄉鎮範圍的雛形。本區當時為臺南廳阿公店支廳轄下的圍仔內區和大湖區，其中圍仔內區轄區為原來的文賢里，並併入原屬臺南廳下文賢里的茄萣仔庄（包括白砂崙、頂、下加冬等三部落），區長役場設於文賢里圍仔內庄；大湖區的轄內則為原來的長治二圖里，區長役場設於長治二圖里大湖庄。大正９年（西元1920年）臺灣首任文官總督田健治郎再度調整行政區域，長久使用的「里」全部廢除，改廳為州，支廳為郡市，區則改為庄，並且大幅更改臺灣的舊地名，是時本區屬高雄州岡山郡，鄉內原設的圍仔內和大湖兩區，則合併成一庄，庄名以兩區區名各取一字，合為「湖內庄」，庄役場設於圍仔內，這是本區疆域的首次具體成形，也是本區區名的起源。
終戰後，民國３４年１２月改全臺為８縣９省轄市，原本的郡或支廳改名為區，其下設鄉鎮，鄉鎮區域的劃分則暫依原有的庄街範圍為區域，即庄為鄉、街為鎮。於是湖內庄易名為湖內鄉，隸屬於高雄縣岡山區，鄉公所仍舊設在圍仔內，其下舊長治二圖里部分設大湖、田尾、湖內、竹滬、頂寮等５村，舊文賢里部分設海埔北、海埔南、劉厝、公舘、太爺、葉厝、圍仔內東、圍仔內西、圍仔內南、草子寮、白砂崙北、白砂崙中、白砂崙南、頂茄萣仁、頂茄萣義、頂茄萣禮、頂茄萣智、頂茄萣信、港埔、下茄萣仁、下茄萣義、下茄萣禮、下茄萣智、下茄萣信、崎漏等２５村，共３０村，為人口數三萬以上的一等鄉鎮，範圍除現在鄉域外，尚包括茄萣鄉和路竹鄉的竹滬、頂寮在內。嗣後由於人口太多治理不易，乃於民國３９年３月，讓原從臺南廳文賢里合併過來的茄萣仔庄連同崎漏庄獨立為茄萣鄉，另將竹滬、頂寮兩村劃給路竹鄉，至此本區的疆域才告確定，全鄉面積約為２１平方公里，下設大湖、田尾、湖內、海埔（原海埔北）、海山（原海埔南）、劉家（原劉厝）、公舘、太爺、葉厝、文賢（原圍仔內東）、中賢（原圍仔內西）、逸賢（原圍仔內南）、忠興（原草仔寮）等十三村，於９１年２月５日自湖內村劃增湖東村，共計有十四村。
民國99年12月 25日高雄縣市合併，原高雄縣各鄉、鎮、市改為「區」，各村則改為「里 」，因此湖內鄉則更名為「湖內區」，區內共有14里包括大湖里、田尾里、 湖內里、湖東里、海埔里、海山里、劉家里、太爺里、公舘里、葉厝里、文賢里、中賢里、 逸賢里及忠興里。