История района началась 27 февраля 1924 года, когда он был образован в составе Шадринского округа Уральской области.
В 1959 году район упразднили, а его территорию присоединили к городскому совету Каменска-Уральского.
Каменский район образован в соответствии с Указом Президиума Верховного Совета РСФСР от 13 января 1965 года.
17 декабря 1995 года состоялся местный референдум по определению границ и структуры органов местного самоуправления Муниципального образования «Каменский район». По итогам референдума образовано муниципальное образование «Каменский район», в составе муниципального образования 16 сельских администраций с 65 населенными пунктами. Центр муниципального образования – п.г.т. Мартюш. Муниципальное образование «Каменский район» включено в государственный реестр муниципальных образований 17 ноября 2005г. за № RU.66360000.
Областным законом от 25 октября 2004 года № 157–ОЗ «Об установлении границ муниципального образования Каменский район и наделении его статусом городского округа» установлены в соответствии с требованиями федерального закона границы муниципального образования, описание границ и схематическая карта границ, муниципальное образование наделено статусом городского округа.
Областным законом от 12 октября 2004 года № 124–ОЗ «Об отнесении поселка Мартюш, расположенного на территории Каменского района, к категории городских населенных пунктов к виду поселок городского типа, поселок Мартюш наделен статусом поселка городского типа.
Решением районной Думы муниципального образования Каменский район от 9 июня 2005 г. № 18 утвержден Устав Каменского городского округа. Устав зарегистрирован распоряжением Правительства Свердловской области от 30 июня 2005 г. № 754-РП (регистрационный номер 60-5), Главным управлением Министерства юстиции Российской Федерации по Уральскому федеральному округу 17 ноября 2005 г. (государственный регистрационный номер RU 6633600002005006).
С 1 января 2025 года Каменский городской округ переименован в Каменский муниципальный округ Свердловской области.