元置定遠縣，《尚書》為髳人之地，諸葛亮經此，號為牟州。唐為髳州，亦名牟州。1914年，取古地名“牟州”“定遠”首字,更名為“牟定縣”。

西漢屬益州郡，東漢屬益州益州郡，三國蜀漢為益州云南郡。晉屬寧州云南郡，東晉至南朝梁屬寧州，為爨氏大族所據。北朝周屬南寧州，隋屬南寧州總管府。唐武德四年（621）為西濮州南寧都督府，貞觀十一年（637）改屬髦州，貞觀二十二年（648）又屬傍州，唐南詔乾符六年（879）以后，屬弄棟節度所轄。宋大理國時稱牟州，屬威楚府，宋大理國高升泰時稱黃蓬箐。元憲宗四年（1254）立牟州千戶；至元十二年（1275）牟州千戶改置定遠州，牟州千戶屬黃蓬箐百戶（原新甸鄉、江坡鄉）改置南寧縣，隸定遠州；定遠州屬威楚路；不久，即降州為定遠縣，治耐籠城，并將定遠州所領南寧縣（現江坡鎮所轄）并歸定遠縣為鄉。

明洪武二十一年（1388年）設定遠御守千戶所，屬楚雄衛；明洪武二十四年（1391）復設定遠縣，屬楚雄府。清初沿明制，為定遠縣，隸楚雄府；雍正八年（1730）7月，楚雄府屬迤西道（治大理府）。民國初年，為定遠縣，屬滇中道。民國2年（1913）4月，以定遠、廣通兩縣之黑鹽井等地方析置鹽興縣。民國三年（1914）1月，因與安徽、四川、陜西省地名重復，定遠縣更名為牟定縣，屬滇中道。

民國十八年（1929）廢道制，直屬于省。民國35年（1946），屬第八行政督察區（駐姚安縣）。1950年，牟定縣屬楚雄專區。1957年10月18日，國務院批準全體會議第58次會議決定：設置楚雄彝族自治州，牟定縣屬楚雄州（楚雄彝族自治州1958年4月15日正式成立）。1958年10月15日，牟定縣并入楚雄縣，為牟定區。1959年11月5日復設牟定縣，屬楚雄彝族自治州。

1997年，牟定縣面積1464平方千米，人口約19萬人。轄2個鎮、8個鄉：共和鎮、新橋鎮、軍屯鄉、蟠貓鄉、戌街鄉、安樂鄉、江坡鄉、新甸鄉、青龍鄉、鳳屯鄉。縣城駐共和鎮。

2000年第五次人口普查，牟定縣常住總人口195322人，其中：共和鎮18472人，新橋鎮29067人，軍屯鄉24933人，蟠貓鄉11763人，戌街鄉16473人，安樂鄉23487人，江坡鄉11390人，新甸鄉28568人，青龍鄉22709人，鳳屯鄉8460人。

2001年末，牟定縣總人口198173人，其中非農業人口16028人；少數民族人口40313人（其中彝族39704人）。全縣轄2個鎮、8個鄉：共和鎮、新橋鎮、軍屯鄉、蟠貓鄉、戊街鄉、安樂鄉、江坡鄉、新甸鄉、青龍鄉、鳳屯鄉，95個村民委員會，1205個村民小組。

2005年12月12日，云南省政府批準同意牟定縣撤銷青龍鄉，將原青龍鄉所轄的周山、牟尼、龍池、慶豐、共豐5個行政村劃歸共和鎮管轄，將原青龍鄉所轄的田豐、龍豐、牌坊、河節沖4個行政村劃歸鳳屯鄉管轄，并將行政區劃調整后的鳳屯鄉改設為鳳屯鎮，鎮政府駐地搬遷至原鳳屯鄉颯馬場；撤銷新甸鄉，將原新甸鄉所轄的新甸、華星、散花、際盛4個行政村劃歸共和鎮管轄，將原新甸鄉的米村、普村、福龍、民樂、豐樂、高平6個行政村劃歸江坡鄉管轄，并將行政區劃調整后的江坡鄉改設為江坡鎮，鎮政府駐原江坡鄉政府駐地；撤銷軍屯鄉，其行政區域并入共和鎮，共和鎮管轄原共和鎮、軍屯鄉管轄的行政區域范圍和原青龍鄉的周山、牟尼、龍池、慶豐、共豐5個行政村以及原新甸鄉的新甸、華星、散花、際盛4個行政村，鎮政府駐地不變。

2006年，牟定縣總面積1494平方千米。總人口約20萬人。全縣轄4個鎮、3個鄉：共和鎮、新橋鎮、江坡鎮、鳳屯鎮、蟠貓鄉、戌街鄉、安樂鄉。共有5個居委會、84個行政村。縣政府駐共和鎮。

2010年第六次人口普查，牟定縣常住總人口208726人，其中：共和鎮81667人，新橋鎮29294人，江坡鎮26447人，鳳屯鎮17514人，蟠貓鄉11756人，戌街鄉17824人，安樂鄉24224人。