轄境古時分屬回浦縣、章安縣、永寧縣、樂成縣。

唐會昌二年（842）置樂成縣玉瑠鎮(zhèn)。

北宋屬樂清縣玉環(huán)鄉(xiāng)。

明洪武二十年（1387）禁海遷界徙民，并設(shè)楚門千戶所，為抗倭要地。

成化十二年（1476）置太平縣（今溫嶺市）玉環(huán)鄉(xiāng)。

清順治十八年（1661）再度禁海遷界。

雍正六年（1728）置玉環(huán)廳，屬溫州府。

1912年改玉環(huán)縣，屬溫處道。

1914年改屬甌海道。

1927年直屬于省。

1932年建立行政督察區(qū)，屬溫州轄區(qū)。

1948年屬浙江第五行政督察區(qū)。

1949年洞頭諸島劃入，并劃溫西區(qū)屬溫嶺縣，屬溫州專區(qū)。

1953年析置洞頭縣。

1958年洞頭縣復(fù)并入。

1959年并入溫嶺縣，同時析原洞頭縣轄地屬溫州。

1962年復(fù)置玉環(huán)縣，屬臺州專區(qū)，形成現(xiàn)今之政區(qū)范圍。

1994年屬臺州市。

2017年5月13日民政部發(fā)文玉環(huán)撤縣設(shè)市，改為玉環(huán)市。