Район, как административное образование, появился в соответствии с постановлением Президиума Всеукраинского центрального исполнительного комитета 7 марта 1923 года «Об административно-территориальном делении Донецкой губернии». Одновременно был образован и Глубокинский район.
К октябрю 1923 года были определены границы Каменского района, которые впоследствии многократно и существенно менялись. Райцентром была станица Каменская, а вновь созданный район входил в состав Шахтинского округа Донецкой губернии Украинской ССР. Только в июне 1924 года Каменский район был возвращен в состав Юго-Восточной области РСФСР.
В 1925 году Глубокинский район как самостоятельная единица прекратил существование и вошел в состав Каменского района.
С 1927 года районный центр – станица Каменская – получил статус города и название Каменск, с 1929 года город стал называться Каменск-Шахтинский.
21 октября 1935 года Каменский район был упразднен, а территория была передана Каменскому городскому совету, Белокалитвинскому и Зверевскому районам.
Вновь образован Каменский район был в мае 1940 года в составе Ростовской области.
С января 1954 года по ноябрь 1957 года Каменский район входил в состав Каменской области, а с ноября 57-го снова вошел в состав Ростовской области.
1 января 1963 года Каменский район укрупнили за счет присоединения Глубокинского района (его упразднили), а также за счет части территории Зверевского и Белокалитвинского районов.
В октябре 1989 года районный центр перенесли из Каменска в поселок Глубокий.
