Единственное муниципальное образование в Ленинградской области, место нахождения органов местного самоуправления которого находится на территории другого субъекта Российской Федерации — во внутригородском муниципальном образовании Санкт-ПетербургаЛомоносове.
С северо-запада территория района омывается водами Финского залива.
Площадь района — 1919,1 км², что составляет 2,69 % территории области. По этому показателю он занимает предпоследнее место в области (меньше только Сосновоборский городской округ).
Расстояние от административного центра района до центра Санкт-Петербурга — 40 км[5].
В ноябре 1928 года в результате укрупнения были ликвидированы 11 сельсоветов, вновь образован Ломаховский сельсовет. В 1930 году в связи с ликвидацией округов Ораниенбаумский район вошёл непосредственно в область. 20 января 1931 года Витинский и Жабинский сельсоветы были переданы в Красногвардейский район. В феврале 1931 года три сельсовета — Бабигонский, Венковский, Илликовский были преобразованы в национальные финские сельсоветы. 20 августа 1935 года дачный поселок Мартышкино включен в черту города Ораниенбаума, в связи с чем Мартышкинский сельсовет был ликвидирован. 27 августа 1939 года к категории рабочих поселков было отнесено селение Большая Ижора. 19 сентября 1939 года город Ораниенбаум преобразован в самостоятельную административно-хозяйственную единицу с непосредственным подчинением его городского Совета Ленинградскому областному Совету. В 1939 году национальные финские сельсоветы Бибигонский, Венковский, Илликовский были преобразованы в обычные сельсоветы.
23 февраля 1948 года район переименован в Ломоносовский. 30 октября 1950 года из учётных данных были исключены Глобицкий, Илликовский, Мишеловский, Нижний, Пограничный сельсоветы, не восстановленные после окончания войны и не существовавшие фактически. 16 июня 1954 года в связи с укрупнением были упразднены Венковский, Забородский, Ломаховский сельсоветы. 14 декабря 1955 года к Ломоносовскому району был присоединен Красносельский район в составе города Красное Село, рабочего посёлка Можайский и 9 сельсоветов: Витинский, Горский, Заводской, Кипенский, Пановский, Ропшинский, Русско-Высоцкий, Финно-Высоцкий, Шунгоровский. 10 декабря 1958 года был зарегистрирован и отнесен к категории рабочих поселков новый населенный пункт Сосновый Бор. 20 марта 1959 года был ликвидирован Финско-Высоцкий сельсовет. 25 апреля 1960 года в состав Кипенского сельсовета включён Витинский, в состав Гостилицкого — упразднённые Дятлицкий, Заостровский сельсоветы, были объединены Верхний и Центральный сельсоветы в Лопухинский, Ковашевский и Калищенский — в Устьинский. 30 октября 1961 года пос. Горелово был отнесен к категории рабочих посёлков, к посёлку были присоединены деревни Константиново и Сосновка, а Гореловский (бывший Пановский) сельсовет ликвидирован.
1 февраля 1963 года Ломоносовский район был ликвидирован, все 14 сельсоветов района были переданы в состав Гатчинского сельского района, город Красное Село был отнесен к категории городов областного подчинения. При этом районный Совет депутатов трудящихся района был передан в подчинение Ленинградскому областному (сельскому) Совету депутатов трудящихся, а городской Совет депутатов трудящихся города Ломоносов был передан в подчинение Ленинградскому областному (промышленному) Совету депутатов трудящихся.
22 ноября 1966 года село Лебяжье было отнесено к категории рабочих поселков, ликвидирован Лебяжский сельсовет. 19 апреля 1973 года Сосновый Бор получил статус города областного подчинения и вышел из состава района. 12 ноября 1974 упразднён Устьинский сельсовет, большинство населённых пунктов вошли в состав города Сосновый Бор. В апреле 1978 года город Ломоносов передан в административное подчинение Петродворцового районного Совета города Ленинграда. Ломоносовский городской Совет народных депутатов преобразован в Ломоносовский районный Совет. По данным 1990 года в составе района было 13 сельсоветов, в том числе вновь образованные Оржицкий и Шепелевский. 18 января 1994 года постановлением главы администрации Ленинградской области № 10 «Об изменениях административно-территориального устройства районов Ленинградской области» изменено название административно-территориальной единицы «сельсовет» на исторически традиционное наименование административно-территориальной единицы России «волость», таким образом в составе района организовано 13 волостей[8].
17 апреля 1996 года после принятия областного закона № 9-ОЗ «Об административно-территориальном устройстве Ленинградской области» Ломоносовский район получил статус муниципального образования[9].
С 1 января 2006 года в соответствии с областным законом № 117-оз от 24 декабря 2004 года «Об установлении границ и наделении соответствующим статусом муниципального образования Ломоносовский муниципальный район и муниципальных образований в его составе» в составе района образованы 2 городских и 13 сельских поселений[10].
С 1 января 2017 года в соответствии с областными законами Ленинградской области от 29 декабря 2016 года № 113-оз[11] и № 116-оз[12]Виллозское и Аннинское сельские поселения преобразованы в городские поселения.
1 января 2006 года в Ломоносовском муниципальном районе сперва было образовано 2 городских поселения и 13 сельских поселений. В связи изменением категорий населенных пунктов деревни Виллози и посёлка Новоселье, ставшие городскими посёлками 1 января 2017 года, соответствующие Виллозское и Аннинское сельские поселения были преобразованы в Виллозское и Аннинское городские поселения, а центр последнего был перенесён из посёлка Аннино в городской посёлок Новоселье[40][41][42].
1 мая 2021 года в составе Низинского сельского поселения появился новый населённый пункт — посёлок Троицкая Гора[44][45], образованный распоряжением правительства РФ 11 ноября 2020 года[46].