龍井區舊稱「龍目井」,狹義而言,指本區龍泉里附近一帶,村中有一古井,狀似龍目吐珠,常年湧泉,味甘可口,為一勝景,大正九年〈1920年〉據此名勝而改稱為「龍井」。
本地自清國領臺後,隸屬諸羅縣水裡社,雍正元年歸彰邑管轄,為大肚西堡水裡社所屬荒地。龍井地方,原為拍瀑拉平族水裡社社域,雍正年間,初有林、戴、石三姓墾戶,向平埔族地拓墾於笳投一帶,當時尚屬未闢荒埔,直到漢人移民至此,耕地漸開而形成海埔厝、山仔腳及龍目井等聚落。
本區原屬貓霧西堡之一部分,乾隆中葉,始從貓霧、半線(彰化)二堡分出大肚堡,至光緒元年(1875)再劃分出為大肚上、中、下三堡,於是本區歸屬大肚中堡(南端有部分屬下堡)。
光緒十一年(1885)臺灣建立行省,本區遂隸屬於臺灣縣大肚中堡、下堡。日治時代改屬臺中縣。明治三十四年(1901年)十月,改縣設廳,隸屬臺中廳塗葛堀支廳大肚中堡。
明治四十二年(1909年)九月,日人當局改革地方政制,將原有二十廳,廢合為十二廳;以本地大肚中堡轄十三街庄,大肚下堡轄有九庄,廢塗葛堀支廳,設沙轆支廳,轄有大肚、笳投、塗葛堀、龍目井、梧棲港、沙轆、公館、牛罵頭、四塊厝等九區。而今本區所屬笳投、塗葛堀、龍目井區等。區設區役場,笳投區,區長役場設於大肚下堡汴仔頭庄,管轄大肚下堡內之笳投庄,汴仔頭庄等。塗葛堀區,區長役場設於大肚下堡塗葛堀庄,管轄大肚堡內之塗葛堀庄、福頭崙庄。龍目井區,區長役場設於大肚中堡山腳庄、管轄大肚中堡內之龍目井庄、山腳庄、新庄仔庄、井仔頭庄、三塊厝庄。
直到日治時代後期,也就是大正九年,本區隸屬臺中州大甲郡龍井庄。民國三十四年十月,改制為臺中縣大甲區龍井鄉。於民國三十九年底,改稱為「臺中縣龍井鄉」,99年12月25日改制為臺中市龍井區。
本區區址自大正九年改制合併各區為「龍井庄」,庄役場設於茄投,約有二十餘年,因辦公廳舍狹小,於民國四十二年七月二十五日經區民代表會決議,遷建至龍井火車站前公路西側,民國四十三年五月九日區公所新建落成,至五十二年十一月十八日復遷於本區示範農地重劃興建之辦公廳舍。