Det kan spores bosetting på stedet tilbake til 2000 år f.Kr. Området ble kalt kongedømmet Dong'ou på200-tallet f.Kr..
Havnebyen ble grunnlagt på300-tallet e.Kr., og bar da navnet Yongjia. UnderTang-dynastiet ble den elevert til prefektur, og i675 fikk den navnet Wenzhou.
I1876 ble byen åpnet for utenrikshandel. På1800-tallet utviklet den seg til en viktig havn for kinesiskteeksport. Underden andre sino-japanske krig var Wenzhou en av de få havner som ikke ble okkupert av japanerne, og byen hadde da stor betydning for den kinesiske side. Etter krigen var den i bakevjen til kysthandelen begynte å ta seg opp ca. 1955. Den er senere vokst til stor velstand.
Wenzhou er også hjembyen til mange handelskinesere i USA og Europa.
