美溪林区，可追溯到唐朝，属北海道黑水都督府，为黑水靺赫黑水部活动区。
辽、北宋时属东京道铁骊王府，为女真邬畏于厥部活动区。
金、南宋时属东京蒲与路屯河猛安。
元代属辽阳行省水达达路桃温万户府。
明代属奴尔干都司屯河卫辖区。
清代属兴东道。
1928年国民政府废道，当时在伊春河一带拟设伊春厅，美溪林区正置伊春厅所辖之内，伪滿时隶属三江省汤原县。
抗日战争胜利后属合江省汤原县。
1947年隶属于汤原县管辖，名为集贤村。
1948年建立美溪村，隶属于汤原县第五区（南岔）管辖。
1952年划归伊春县管辖。
1953年，设置美溪镇，隶属第一区。
1955年10月，撤销美溪镇设置美溪区，隶属伊春县。
1956年复设美溪镇。
1957年设立伊春市美溪区。
1958年改为美溪人民公社。
1964年设立美溪区，隶属伊春特区。
1967年隶属伊春市。
1970年隶属伊春地区。
1979年12月，隶属伊春市。
2019年6月29日，撤销伊春市美溪区。
2019年10月24日成立美溪镇，隶属伊美区。