因原三十里铺集距老阜阳城三十里而得名。

1948年置三十里铺乡，属洄溜区；1956年7月撤并；1958年10月属王店公社；1961年1月建立三十里铺人民公社，属王店区；1969年3月撤区并社，成立三十里铺大公社；1979年10月建区划社，属王店区三十里铺公社；1983年7月改称三十里铺乡；1992年2月撤区并乡，由洄溜、吴寨、三十里铺、岔路口四个乡合并成立三十里铺大乡，属阜阳市；1996年1月阜阳撤地设市，为颍州区三十里铺乡；2000年2月撤销三十里铺乡改为颍州区三十里铺镇。

2003年11月划出卞寨、穆庄、十八里铺3个村，归阜阳市经济技术开发区管辖。

2006年12月又划出腰庄、岳寨、新街3个村归阜阳市经济技术开发区管辖。

2010年三十里铺镇辖龙王店、岔路口、唐寨、李门楼、大王新村、田园、左庄、陈郢、高楼、园岭10个村，三十里铺、洄溜2个居委会。

2015年12月三十里铺镇龙王店、岔路口2个村交由京九路街道托管，袁集镇宁大整村，安徐村、四十铺村部分自然庄交由三十里铺托管。

镇政府距颍州区政府11千米。

2018年末，全镇辖三十里铺、李门楼、大王、双寨、左庄、陈郢、港口7个社区，洄溜1个居委会和高楼、宁大、小赵3个村。