大谷运乡以其乡政府驻地的村庄名称而得名。

大谷运含义有二：一曰，初时以所居四山围合如瓮称大谷瓮，后称大谷运；二曰，大谷运，古名大谷甬。甬，通道的意思。后改甬为运；又因乡政府驻地于此，故得名大谷运乡。

唐至清，隶属仁礼乡。1932年，属第二区。1935年，属第一区，设大谷运乡。1939年大谷运乡更名仁里乡，皆隶属徽城镇。1941年隶属岩寺区。1944年仁里、寺坑两乡合并为凤凰乡。1949年3月30日，溪头地区解放，4月成立新民乡、西凤乡、桂竦乡等民主乡政府；5月设仁里乡；10月，撤乡隶属溪头区。1952年8月至1958年9月，设大谷运乡建置。1958年10月设立溪头人民公社。1961年7月，溪头公社分设溪头、大谷运、黄村3个公社。1983年撤销公社，设立大谷运乡。1992年3月竦坑乡并入大谷运乡。2004年12月，大谷运乡并入溪头镇。