1984年,城区公安分局成立时,设立刑事侦察大队,时有在编民警59人,队址驻温州市广场路70号。1995年,队址迁至广场后巷温州市武警支队边防大队(现五马派出所址)。1999年,迁至南浦宏业3幢(现南浦派出所办公地)。2001年,迁至鹿城区纺织路1号(后更名为划龙桥路491号)。2002年,更名为刑事侦查大队。
1984年,分局刑事侦察大队成立,下设大案侦查组、反盗窃组、反盗窃自行车组、反扒窃组、特情组、技术组、后勤组等7个侦查组,系分局侦破刑事案件的主力部门。1995年,机构改革实行探长负责制,分局刑事侦察大队下设指导探组、重案探组以及特情探、情报信息探、技术探、后勤探等10个探组。1998年,随着刑侦体制改革深入,分局刑事侦察大队成立东、南、西、中4个责任区中队,以及情报信息中队、特情中队、重案中队、后勤中队、刑事技术中队等共9个中队,并建有分局刑事技术中心。2000年,分局在全省率先成立城市专业化刑侦队伍,建立适合斗争需要的重案、反盗窃、技术等11个专业中队。2009年12月,刑侦大队析出情报信息中队,单设情报信息大队。2011年4月,刑侦大队析出六中队(便衣中队),单设便衣侦查大队。2015年12月,便衣侦查大队并回刑侦大队,称八中队。2016年9月,刑侦大队析出打黑中队,单设有组织犯罪侦查大队。2017年7月,刑侦大队析出合成作战室,单设合成作战中心。2021年9月,东、南、西、中四个侦查分中心揭牌成立。2021年10月,合成作战中心与情报信息大队合署办公,成立警务大数据应用中心。2022年3月,四个侦查分中心并入刑侦大队。随着刑侦工作的不断发展,2023年9月,分局刑侦大队共有七个职能中队,一中队(综合中队),二中队(重案中队),三中队(传统侵财中队),四中队(电信网络诈骗犯罪防治中队),五、六中队(电信网络诈骗犯罪打击中队),七中队(技术中队)。
分局刑侦部门成立以来,担负全区刑事案件侦破和指导工作,在侦查破案、打击犯罪、护航发展和维护社会稳定方面作出贡献。曾荣获集体二等功6个、集体三等功11个、集体嘉奖42个,先后被评为全国优秀公安基层单位、全省优秀公安基层单位、全省公安系统先进单位、温州市优秀基层单位、市文明单位、先进单位等,刑侦大队刑事技术中队被评为全国一级示范刑事科学技术室、全国示范刑事科学技术室;历年来大队民警共获取荣誉1205人次,其中3人被授予“二级英模”称号,3人次荣立个人一等功,15人次荣立个人二等功,4人次获得“省级优秀人民警察”,163人次荣立个人三等功,695人次受到市局、分局各类嘉奖。