春秋時屬楚巫中地，秦屬黔中郡，故址在今沅陵鎮(zhèn)窯頭村。

西漢高帝五年（前202）始置沅陵縣，屬武陵郡。

高后元年（前187）封長沙王子吳陽為沅陵郡侯。

新莽時改沅陵縣為沅陸縣。

東漢時，縣屬荊州武陵郡。

三國時，縣隨武陵郡，先屬蜀，后屬吳。

齊置武陵都尉府于沅陵。

陳天嘉元年（560），縣改屬沅州通寧郡。

太建七年（575），改通寧郡為沅陵郡，治沅陵，縣屬沅州沅陵郡。

隋開皇九年（589），改置辰州，治沅陵。

大業(yè)二年（606），復(fù)改辰州為沅陵郡，隸荊州。

隋末沅陵郡為梁蕭銑所據(jù)。

唐武德二年（619），梁蕭銑部將董景珍以沅陵郡降唐，改為辰州，縣屬辰州。

貞觀元年（627），分天下為10道，縣屬辰州，隸江南道。

開元二十一年（733）分天下為15道，縣屬辰州，隸黔中道。

天寶元年（742），改辰州為盧溪郡，縣屬盧溪郡。

乾元元年（758）改盧溪郡為辰州，縣屬辰州。

后梁開平元年（907），馬殷據(jù)湖南，受封楚王，縣、州隨屬馬楚，歷后唐、后晉、后漢無變。

后周廣順元年（951），南唐滅馬楚，三年（953）縣地隸武平軍節(jié)度使，治武陵，先后為劉言、王進逵、周行逢所據(jù)。

宋乾德元年（963），辰、錦、敘等州歸順，立辰州盧溪郡軍事，治沅陵，隸荊湖北路。

元至元十二年（1275）五月，宋知辰州呂文興降元，改辰州為辰州路，治沅陵，屬江南湖北道肅政廉訪司，隸湖廣行中書省。

至正二十四年（1364）吳王朱元璋遣徐達克辰州路，改辰州路為辰州府，治沅陵。

明洪武九年（1376）革元行中書省，置湖廣等處承宣布政使司，縣屬辰州府，隸湖廣布政使司。

宣德八年（1433），封遼簡王朱植第十七子朱貴譎為沅陵王，傳122年無子除。

嘉靖十二年（1533）湖北分守道駐沅陵，歷134年。

清康熙三年（1664），分設(shè)湖南布政使司于長沙，縣屬辰州府，隸湖南布政使司。

雍正八年（1730），縣屬辰永靖道，十三年（1735）改為辰沅永靖兵備道，縣仍屬辰州府，隸辰沅永靖兵備道。

直至宣統(tǒng)三年（1911）封建王朝結(jié)束。

1912年，廢沅陵縣存辰州府，府僅轄沅陵縣地。

1914年州府恢復(fù)沅陵縣，屬辰沅道。

1921年廢辰沅道，縣直屬湖南省。

1935年7月，設(shè)湘西綏靖處于沅陵。

轄19縣，劃為5個行政督察區(qū)，縣屬沅瀘辰溆區(qū)行政督察專員辦事處，治沅陵。

1936年，湘西綏靖處改為湘西綏靖公署。

綏靖區(qū)增至25縣，分為4個督察區(qū)，縣屬第一區(qū)行政督察專員公署，治沅陵。

1937年，全省劃分9個行政督察區(qū)，縣屬第三區(qū)行政督察專員公署，治沅陵。

1938年，縣屬第四區(qū)行政督察專員公署。

1940年，全省劃分10個行政督察區(qū)，縣屬第九區(qū)行政督察專員公署，治沅陵。

1942年，置省府湘西行署于沅陵，轄第八（駐永順）、第九（駐沅陵）、第十（駐洪江）3個督察區(qū)，抗日戰(zhàn)爭勝利后撤銷湘西行署。

1949年9月18日，沅陵解放。

1950年1月1日，湖南省臨時人民政府在沅陵設(shè)置湘西行政公署，轄沅陵、會同、永順3個專區(qū)，縣屬沅陵專區(qū)。

1952年8月，撤銷湘西行政公署及其所轄3個專區(qū)，沅陵縣改屬芷江專區(qū)，12月改屬黔陽專區(qū)。

1968年屬黔陽地區(qū)。

1981年屬懷化地區(qū)。

1984年，沅陵縣以原公社范圍建鄉(xiāng)、鎮(zhèn)，設(shè)8個區(qū)（增加軍大坪區(qū)，轄軍、筒、楓三鄉(xiāng)）、1個縣轄鎮(zhèn)、45個鄉(xiāng)、5個鄉(xiāng)級鎮(zhèn)。

1987年1月，桃源縣所轄沃溪鎮(zhèn)回歸沅陵縣。

是年，全縣轄8區(qū)、2個縣轄鎮(zhèn)、45個鄉(xiāng)、5個鄉(xiāng)級鎮(zhèn)。

1992年麻伊伏鎮(zhèn)更名為五強溪鎮(zhèn)。

1995年五強溪鎮(zhèn)由區(qū)轄鎮(zhèn)變?yōu)榭h轄鎮(zhèn)。

1998年3月，撤銷懷化地區(qū)行政公署，設(shè)懷化市，縣屬懷化市。

2002年七甲坪鄉(xiāng)更名為七甲坪鎮(zhèn)。

2003年至2005年底，沅陵縣進行鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃調(diào)整，撤銷太常、烏宿、麻溪鋪、涼水井、官莊、北溶、麻伊伏、軍大坪8個區(qū)公所，將苦藤鋪鄉(xiāng)、白田鄉(xiāng)、鄭家村鄉(xiāng)大部并入沅陵鎮(zhèn)，柳林汊鄉(xiāng)、高坪鄉(xiāng)2村、黃壤坪鄉(xiāng)3村并入五強溪鎮(zhèn)，沃溪鎮(zhèn)、荔枝溪鄉(xiāng)、黃壤坪鄉(xiāng)部分并入官莊鎮(zhèn)，張家坪鄉(xiāng)、渭溪鄉(xiāng)、張家灘鄉(xiāng)、鄭家村鄉(xiāng)部分并入涼水井鎮(zhèn)，楠木鄉(xiāng)、蠶忙鄉(xiāng)、洞溪鄉(xiāng)并入七甲坪鎮(zhèn)，用坪鄉(xiāng)并入筲箕灣鎮(zhèn)，高砌頭鄉(xiāng)并入明溪口鎮(zhèn)，沙金灘鄉(xiāng)、栗坡鄉(xiāng)并入太常鄉(xiāng)，丑溪口鄉(xiāng)、舒溪口鄉(xiāng)大部合并為盤古鄉(xiāng)，烏宿鄉(xiāng)、清水坪苗族鄉(xiāng)、棋坪苗族鄉(xiāng)、落鶴坪鄉(xiāng)合并為二酉苗族鄉(xiāng)，池坪鄉(xiāng)、坳坪鄉(xiāng)、竹園鄉(xiāng)合并為荔溪鄉(xiāng)，長界鄉(xiāng)并入馬底驛鄉(xiāng)，落坪鄉(xiāng)并入北溶鄉(xiāng)，七甲溪鄉(xiāng)并入大合坪鄉(xiāng)，高坪大部并入清浪鄉(xiāng)，軍大坪鄉(xiāng)、筒車坪鄉(xiāng)、楓香坪鄉(xiāng)合并為借母溪鄉(xiāng)，麻溪鋪鎮(zhèn)、楠木鋪鄉(xiāng)、杜家坪鄉(xiāng)、深溪口鄉(xiāng)、肖家橋鄉(xiāng)、陳家灘鄉(xiāng)、火場土家族鄉(xiāng)不變，沅陵縣轄8個鎮(zhèn)、13個鄉(xiāng)、2個民族鄉(xiāng)。

2011年7月沅陵鎮(zhèn)成立漁家巷社區(qū)。

2016年行政區(qū)劃調(diào)整后，太常鄉(xiāng)、深溪口鎮(zhèn)并入沅陵鎮(zhèn)，沅陵縣轄21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、369個村、34個社區(qū)。

2019年9月沅陵鎮(zhèn)成立太安社區(qū)，全縣共369村、35個社區(qū)。