西漢置武州縣，治今城關(guān)東古城村，屬雁門郡。

東漢治徙偏關(guān)縣賈堡。

北魏置武周縣，屬代郡。

隋廢入云內(nèi)縣。

金置云川縣(習(xí)稱云西縣)。

元廢入大同縣。

明永樂七年(1409)大同左衛(wèi)自大同徙鎮(zhèn)朔衛(wèi)故城(即今城關(guān))。

正統(tǒng)十四年(1449)云川衛(wèi)自大同遷此與大同左衛(wèi)同治，改稱左云川衛(wèi)。

清初改稱左云衛(wèi)。

雍正三年(1725)升衛(wèi)為縣，屬朔平府。

1912年屬雁門道，后屬省。

1937年9月18日日軍侵占左云城，縣隸屬偽蒙疆聯(lián)合委員會(huì)晉北自治政府。

與此同時(shí)，中國(guó)共產(chǎn)黨于敵后廣大農(nóng)村開辟抗日根據(jù)地，從1938年-1940年10月，在左云和鄰縣邊陲地區(qū)，先后組建大（同）懷（仁）左（云）、左（云）右（玉）涼（城）、大（同）豐（鎮(zhèn)）涼（城）左（云）聯(lián)合抗日縣政府，隸晉綏邊區(qū)第十一行政專員公署。

1940年10月，聯(lián)合縣撤銷，復(fù)左云縣建制，縣治無定（主要在南北山區(qū)），屬晉西區(qū)第十一專署。

1949年屬察哈爾省。

1952年復(fù)歸山西省。

1958年右玉縣并入左云縣。

1961年右玉、左云2縣分置。

1949年以來，先后屬雁北專區(qū)、晉北專區(qū)、雁北地區(qū)。

1993年屬大同市。