沅陵歷為州、路、府、道、省府、行署、專署治所。秦置黔中郡（故城就在今太常鄉窯頭村）。漢高祖五年（公元前202）改黔中郡為武陵郡，始置沅陵縣。境內有沅江，為漢頃侯吳陽邑，故名。三國初屬蜀，后屬吳。兩晉屬荊州武陵郡。南北朝宋、齊、梁屬郢州刺史武陵郡，陳初屬武州通寧郡，太建七年（575）屬沅州沅陵郡。隋開皇九年（589）廢沅陵郡置辰州，治沅陵。元至元十二年（1275）改辰州為辰州路。至正二十四年（1364）朱元璋改辰州路為辰州府。明洪武九年（1376）隸屬湖廣布政司。成化元年（1465）設辰沅兵備道，駐沅陵。民國元年（1912年）廢沅陵縣存辰州府。1914年廢辰州府復沅陵縣，隸屬辰沅道尹。1935年在沅陵始設湘西綏靖處，1936年改為湘西綏靖公署，分置4個督察區，縣屬第一區行政督察專員公署，治沅陵。1942年置湘西行署于沅陵。1949年9月沅陵解放。
1949年10月，縣以下分設7個區，保留原25個鄉(鎮)、317個保。1950年4月，古丈縣的血水潭、桐木溪溪北劃入沅陵縣第二區；廢除國民政府建立的鄉鎮公所；分第三區設第八區，分第七區設第九區，分第六區設第十區，全縣轄1O個區，309個農民協會，8個居民委員會。1952年6月，全縣劃為19個區，設310個農會，8個居民委員會。1953年廢除保甲，全縣設16區、1鎮，278個鄉（鎮）；6月30日第一次人口普查，全縣36.94萬人；同年，第五區（原孝平鄉）劃歸辰溪縣；第十四區（原仁平鄉）大部和第十五區（原治平鄉）大部劃歸大庸縣；第十五區湖田一帶劃歸慈利縣；第七區（原安平鄉）所轄平原村一帶劃歸溆浦縣。1954年3月，增劃7個鄉。1956年7月撤區并鄉，全縣設55個大鄉和1個鎮。
1958年9月，改設16個政社合一的人民公社、1鎮，下轄270個生產大隊（一說284個大隊，2191個生產隊）；10月，城關鎮成立城市公社；湘西鎢礦成立礦區公社。1962年恢復區建制，全縣劃分7個區、1個鎮，下轄50個公社、618個大隊。1982年7月31日第三次人口普查，全縣共有11.6953萬戶、55.005萬人。1984年，以原公社范圍建鄉、鎮，設8個區、1個縣轄鎮，45個鄉、5個鄉級鎮，641個行政村，4984個村民小組。1987年，全縣轄8區、2個縣轄鎮，45個鄉、5個鄉級鎮，650個行政村、13個居委會，5061個村民小組、162個居民小組；同年縣委、縣人大、縣人民政府機關遷至新村辦公。
太常區（轄太常、白田、沙金灘、丑溪口、舒溪口、栗坡6個鄉），烏宿區（轄烏宿、清水坪、棋坪、落鶴坪、高砌頭5個鄉和明溪口鎮），麻溪鋪區（轄麻溪鋪鎮和筲箕灣、用坪、池坪、坳坪、竹園5個鄉），涼水井區（轄涼水井鎮和苦藤鋪、鄭家村、張家坪、張家灘、渭溪5個鄉），官莊區（轄官莊鎮和荔枝溪、杜家坪、馬底驛、長界、楠木鋪、黃壤坪6個鄉），北溶區（轄北溶、深溪口、肖家橋、落坪、大合坪、七甲溪、火場7個鄉），麻伊洑區（轄陳家灘、高坪、清浪、洞溪、蠶忙、楠木、柳林汊、七甲坪8個鄉和麻伊洑鎮，軍大坪區（轄軍大坪、筒車坪、楓香坪3個鄉）以及沅陵鎮、沃溪鎮。縣政府駐沅陵鎮。
1996年，沅陵縣面積5850平方千米，人口62.8萬人，其中土家、苗等少數民族31.6萬人。轄轄8個區、2個鎮（區級），5個鎮（鄉級）、42個鄉、3個民族鄉：沅陵鎮、沃溪鎮、五強溪鎮、明溪口鎮、麻溪鋪鎮、涼水井鎮、官莊鎮、太常鄉、白田鄉、沙金灘鄉、丑溪口鄉、栗坡鄉、舒溪口鄉、烏宿鄉、清水坪苗族鄉、棋坪苗族鄉、落鶴坪鄉、高砌頭鄉、筲箕灣鄉、用坪鄉、池坪鄉、坳坪鄉、竹園鄉、苦藤鋪鄉、鄭家村鄉、張家坪鄉、張家灘鄉、渭溪鄉、荔枝溪鄉、杜家坪鄉、馬底驛鄉、楠木鋪鄉、長界鄉、黃壤坪鄉、北溶鄉、深溪口鄉、肖家橋鄉、落坪鄉、大合坪鄉、七甲溪鄉、火場土家族鄉、軍大坪鄉、筒車坪鄉、楓香坪鄉、高坪鄉、清浪鄉、洞溪鄉、陳家灘鄉、七甲坪鄉、蠶忙鄉、楠木鄉、柳林汊鄉。
2000年第五次人口普查，沅陵縣總人口599680人，其中：沅陵鎮58107人，明溪口鎮11342人，麻溪鋪鎮15911人，涼水井鎮14889人，官莊鎮20558人，五強溪鎮17899人，沃溪鎮11978人，柳林漢鄉9240人，太常鄉11770人，白田鄉13483人，沙金灘鄉4837人，丑溪口鄉9674人，栗坡鄉6859人，舒溪口鄉13855人，烏宿鄉10095人，清水坪苗族鄉7977人，棋坪苗族鄉11631人，落鶴坪鄉7240人，高砌頭鄉10154人，筲箕灣鄉16826人，用坪鄉9511人，池坪鄉14075人，坳坪鄉8770人，竹園鄉7160人，苦藤鋪鄉9479人，鄭家村鄉8802人，張家坪鄉17397人，張家灘鄉10006人，渭溪鄉9347人，荔枝溪鄉10978人，杜家坪鄉6994人，楠木鋪鄉14357人，馬底驛鄉14711人，長界鄉5841人，黃壤坪鄉7877人，北溶鄉13418人，深溪口鄉10286人，肖家橋鄉11317人，落坪鄉6526人，大合坪鄉11229人，七甲溪鄉6567人，火場土家族鄉6230人，軍大坪鄉6513人，筒車坪鄉6748人，楓香坪鄉6011人，陳家灘鄉9985人，清浪鄉14043人，桐溪鄉9285人，高坪鄉11407人，七甲坪鄉12390人，蠶忙鄉11087人，楠木鄉7008人。
2003年1月6日，湖南省民政廳（湘民行發[2003]18號）批準同意沃溪鎮與官莊鎮合并設立新的官莊鎮。2004年4月29日，湖南省民政廳（湘民行發[2004]8號）批準同意沅陵縣部分鄉鎮行政區劃調整：軍大坪、筒車坪、楓香坪3鄉合并設立借母溪鄉；沙金灘鄉與太常鄉合并為立新的太常鄉；落鶴坪鄉與烏宿鄉合并設立二酉鄉；柳林汊鄉與五強溪鎮合并設立新的五強溪鎮；蠶忙鄉、楠木鄉、七甲坪鎮合并設立新的七甲坪鎮；苦藤鋪鄉與沅陵鎮合并為立新的沅陵鎮，并將白田鄉的高洲村劃歸沅陵鎮管轄；撤銷鄭家村鄉，將其鳳凰山等6個村劃歸沅陵鎮管轄，其余淘飯鋪等5個村劃歸涼水井鎮管轄。2004年末，沅陵縣轄8個鎮、31個鄉、3個民族鄉：沅陵鎮、明溪口鎮、麻溪鋪鎮、涼水井鎮、官莊鎮、五強溪鎮、筲箕灣鎮、七甲坪鎮、太常鄉、白田鄉、丑溪口鄉、栗坡鄉、舒溪口鄉、清水坪苗族鄉、棋坪苗族鄉、高砌頭鄉、用坪鄉、池坪鄉、坳坪鄉、竹園鄉、張家坪鄉、張家灘鄉、渭溪鄉、荔枝溪鄉、杜家坪鄉、楠木鋪鄉、馬底驛鄉、長界鄉、黃壤坪鄉、北溶鄉、深溪口鄉、肖家橋鄉、落坪鄉、大合坪鄉、七甲溪鄉、火場土家族鄉、陳家灘鄉、清浪鄉、洞溪鄉、高坪鄉、借母溪鄉、二酉鄉。
2005年1月6日，湖南省民政廳（湘民行發[2005]2號）批準同意撤銷池坪、坳坪、竹園3個鄉，設立荔溪鄉；將七甲溪鄉與大合坪鄉合并，設立新的大合坪鄉。2005年4月7日，湖南省民政廳（湘民行發[2005]11號）批準同意將栗坡鄉與太常鄉合并，設立新的太常鄉；將白田鄉與沅陵鎮合并，設立新的沅陵鎮；將高砌頭鄉與明溪口鎮合并，設立新的明溪口鎮；將渭溪鄉、張家灘鄉、張家坪鄉與涼水井鎮合并，設立新的涼水井鎮；將長界鄉與馬底驛鄉合并，設立新的馬底驛鄉；將落坪鄉與北溶鄉合并，設立新的北溶鄉；將洞溪鄉與七甲坪鎮合并，設立新的七甲坪鎮；將棋坪苗族鄉、清水坪苗族鄉與二酉鄉合并，設立二酉苗族鄉；用坪鄉、筲箕灣鎮合并設立新的筲箕灣鎮；撤銷舒溪口鄉，將其野柘、陡灘坪、梅子山3個村劃歸筲箕灣鎮管轄，其余的董家坪、三洲、丑溪坡、紅巖、澎溪、小龍溪、小龍頭、青木、爐頭坳、大里溪、安龍頭、舒溪口、楊溪口、曹中坪等14個村并入丑溪口鄉，并將丑溪口鄉更名為盤古鄉；荔枝溪鄉與官莊鎮合并設立新的官莊鎮；撤銷高坪鄉和黃壤坪鄉；將黃壤坪鄉的黃壤坪等7個村劃歸官莊鎮管轄，其余的蔣家溪等3個村劃歸五強溪鎮管轄；將高坪鄉的雞公巖等11個村劃歸清浪鄉管轄，其余的辰堂溪等2個村劃歸五強溪鎮管轄；撤銷烏宿、太常村、麻溪鋪、涼水井、官莊、麻伊伏、北溶、軍大坪8個區公所；行政區劃調整后，全縣轄8個鎮、15個鄉，共23個鄉鎮。同年將原670個村（居）調整為498個。為了方便群眾辦事，同時在一部分被撤鄉、鎮設立了辦事處。
2005年末，沅陵縣總人口64.76萬人；其中城鎮人口14.7萬人，鄉村人口50.06萬人；少數民族33.863萬人。轄8個鎮、15個鄉（其中苗族鄉1個，土家族鄉1個）：沅陵鎮、五強溪鎮、官莊鎮、涼水井鎮、七甲坪鎮、麻溪鋪鎮、稍箕灣鎮、明溪口鎮、太常鄉、盤古鄉、二酉苗族鄉、荔溪鄉、馬底驛鄉、楠木鋪鄉、杜家坪鄉、北溶鄉、深溪口鄉、肖家橋鄉、大合坪鄉、火場土家族鄉、清浪鄉、陳家灘鄉、借母溪鄉。共有33個居委會、465個行政村，4967個村民小組（居民小組）。