夏、商時(shí)屬徐州，西周時(shí)屬青州，春秋時(shí)屬魯國東境的郯子國，戰(zhàn)國時(shí)易為楚地。秦始皇二十六年（前221）境屬東海郡朐縣。秦至元先后稱朐縣、朐山縣等，明清時(shí)為海州地。民國元年（1912年）1月，改海州直隸州為東海縣，縣治設(shè)于今海州城。因東瀕大海，沿用古東海縣名。1912年4月，東灌分治，析東海縣東境之地11鎮(zhèn)，設(shè)置灌云縣。東海縣初屬江蘇省徐海道，后屬江蘇省第八行政區(qū)。
抗日戰(zhàn)爭時(shí)期，東海縣南部和北部建立的抗日民主政權(quán)，基本以隴海鐵路為界分屬華中和山東兩大抗日根據(jù)地。1939年3月，日軍侵占海州后建偽縣政權(quán)。民國縣政府轉(zhuǎn)移農(nóng)村，至1941年冬解體。日軍封鎖隴海鐵路，東海縣被分割成南北兩部分。南部：1940年11月，隸屬華中淮海區(qū)的東海縣民主政府建立，縣境南部為其所轄，直至1949年5月撤銷，其所轄并入沭陽縣和灌云縣。南部建立的東海縣大部分地域?qū)巽痍柨h，包括現(xiàn)在東海的安峰鎮(zhèn)、曲陽鄉(xiāng)、房山鎮(zhèn)、平明鎮(zhèn)和張灣鄉(xiāng)南部。北部：1941年8月建立海陵縣。海陵縣民主政府隸屬山東抗日根據(jù)地魯南區(qū)第一行署，后屬濱海專署。隴海鐵路北縣境西部1933年后屬郯城，包括現(xiàn)在的桃林鎮(zhèn)、山左口鄉(xiāng)和李埝鄉(xiāng)西部。全國解放戰(zhàn)爭時(shí)期，1945年11月中旬，海陵縣更名為東海縣。縣城海州及新浦地區(qū)，抗日戰(zhàn)爭期間為日偽盤踞，建偽政權(quán)，全國解放戰(zhàn)爭時(shí)期被國民黨軍占領(lǐng)。
1948年11月，東海縣全境解放，析縣境海州、新浦二鎮(zhèn)與連云市建新海連特區(qū)，旋改新海連市，海州、新浦為所轄。1950年5月，東海縣與新海連市合并為新海縣，12月又分置。東海縣治東石榴樹村，隸屬山東省臨沂專區(qū)。1953年1月，東海縣改屬江蘇省徐州專區(qū)；同時(shí)，將沭陽縣的原屬東海縣的房山、安峰、平明等地，郯城縣桃林、山左口一帶劃歸東海縣；10月，東海縣移治新海連市海州城。1957年11月，遷治現(xiàn)在的牛山鎮(zhèn)。1983年3月隸屬連云港市。
1996年，東海縣面積2248平方千米，人口105萬人。轄11個(gè)鎮(zhèn)、13個(gè)鄉(xiāng)：牛山鎮(zhèn)、溫泉鎮(zhèn)、桃林鎮(zhèn)、房山鎮(zhèn)、白塔埠鎮(zhèn)、青湖鎮(zhèn)、浦南鎮(zhèn)、黃川鎮(zhèn)、石榴鎮(zhèn)、石梁河鎮(zhèn)、平明鎮(zhèn)、李埝鄉(xiāng)、洪莊鄉(xiāng)、曲陽鄉(xiāng)、牛山鄉(xiāng)、安峰鄉(xiāng)、張灣鄉(xiāng)、山左口鄉(xiāng)、駝峰鄉(xiāng)、石埠鄉(xiāng)、雙店鄉(xiāng)、石湖鄉(xiāng)、橫溝鄉(xiāng)、南晨鄉(xiāng)。縣政府駐牛山鎮(zhèn)。
2000年第五次人口普查，東海縣（轄14個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)）總?cè)丝?110952人，其中：牛山鎮(zhèn)120878人，白塔埠鎮(zhèn)56903人，浦南鎮(zhèn)55164人，黃川鎮(zhèn)59608人，石梁河鎮(zhèn)39289人，青湖鎮(zhèn)53111人，石榴鎮(zhèn)61312人，溫泉鎮(zhèn)15136人，雙店鎮(zhèn)44592人，桃林鎮(zhèn)65746人，洪莊鎮(zhèn)31612人，安峰鎮(zhèn)64961人，房山鎮(zhèn)74690人，平明鎮(zhèn)69744人，駝峰鄉(xiāng)64042人，南辰鄉(xiāng)15331人，橫溝鄉(xiāng)31242人，李埝鄉(xiāng)31818人，山左口鄉(xiāng)35726人，石湖鄉(xiāng)29145人，曲陽鄉(xiāng)35040人，張灣鄉(xiāng)31940人，崗埠農(nóng)場(chǎng)23922人。
2004年末，全縣總?cè)丝?14.43萬人。轄14個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)。牛山鎮(zhèn)面積92.79平方千米，人口125200人。白塔鎮(zhèn)面積103.29平方千米，人口58755人。浦南鎮(zhèn)面積123.55平方千米，人口57925人。黃川鎮(zhèn)面積93.83平方千米，人口58561人。石梁河鎮(zhèn)面積70.83平方千米，人口40142人。青湖鎮(zhèn)面積94.33平方千米，人口54510人。石榴鎮(zhèn)面積70.40平方千米，人口59673人。溫泉鎮(zhèn)面積35.82平方千米，人口15454人。雙店鎮(zhèn)面積117.45平方千米，人口47647人。桃林鎮(zhèn)面積169.78平方千米，人口67902人。洪莊鎮(zhèn)面積67.19平方千米，人口32675人。安峰鎮(zhèn)面積134.17平方千米，人口62703人。房山鎮(zhèn)面積149.72平方千米，人口75854人。平明鎮(zhèn)面積157.31平方千米，人口70792人。駝峰鄉(xiāng)面積104.25平方千米，人口63454人。南辰鄉(xiāng)面積30.50平方千米，人口18161人。橫溝鄉(xiāng)面積66.89平方千米，人口31992人。李埝鄉(xiāng)面積70.09平方千米，人口30590人。山左口鄉(xiāng)面積89.09平方千米，人口39948人。石湖鄉(xiāng)面積72.26平方千米，人口28547人。曲陽鄉(xiāng)面積75.42平方千米，人口35958人。張灣鄉(xiāng)面積95.00平方千米，人口31625人。（數(shù)據(jù)來源于《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》）
2006年末，東海縣總面積2250平方千米，總?cè)丝?17.34萬人。轄14個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)：牛山鎮(zhèn)、白塔埠鎮(zhèn)、浦南鎮(zhèn)、黃川鎮(zhèn)、石梁河鎮(zhèn)、青湖鎮(zhèn)、石榴鎮(zhèn)、溫泉鎮(zhèn)、雙店鎮(zhèn)、桃林鎮(zhèn)、洪莊鎮(zhèn)、安峰鎮(zhèn)、房山鎮(zhèn)、平明鎮(zhèn)、駝峰鄉(xiāng)、南辰鄉(xiāng)、橫溝鄉(xiāng)、李埝鄉(xiāng)、山左口鄉(xiāng)、石湖鄉(xiāng)、曲陽鄉(xiāng)、張灣鄉(xiāng)；崗埠農(nóng)場(chǎng)。
2008年，將東海縣浦南鎮(zhèn)劃歸連云港市新浦區(qū)管轄，并將江蘇省國營崗埠農(nóng)場(chǎng)劃入新浦區(qū)行政區(qū)域（2007年末江蘇省政府批準(zhǔn)）。行政區(qū)劃調(diào)整后，東海縣行政區(qū)域面積2040.9平方千米，人口108.8萬人，轄13個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)。轄13個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)：牛山鎮(zhèn)、白塔埠鎮(zhèn)、黃川鎮(zhèn)、石梁河鎮(zhèn)、青湖鎮(zhèn)、石榴鎮(zhèn)、溫泉鎮(zhèn)、雙店鎮(zhèn)、桃林鎮(zhèn)、洪莊鎮(zhèn)、安峰鎮(zhèn)、房山鎮(zhèn)、平明鎮(zhèn)、駝峰鄉(xiāng)、南辰鄉(xiāng)、橫溝鄉(xiāng)、李埝鄉(xiāng)、山左口鄉(xiāng)、石湖鄉(xiāng)、曲陽鄉(xiāng)、張灣鄉(xiāng)。縣政府駐牛山鎮(zhèn)。
2009年末，東海縣總面積2037平方千米，總?cè)丝?9.04萬戶113.16萬人。其中：牛山鎮(zhèn)面積92.79平方千米、人口137425人，白塔埠鎮(zhèn)面積103.29平方千米、人口58142人，黃川鎮(zhèn)面積93.83平方千米、人口59226人，石梁河鎮(zhèn)面積71.66平方千米、人口41885人，青湖鎮(zhèn)面積94.33平方千米、人口56082人，石榴鎮(zhèn)面積70.4平方千米、人口60743人，溫泉鎮(zhèn)面積35.82平方千米、人口14713人，雙店鎮(zhèn)面積117平方千米、人口48120人，桃林鎮(zhèn)面積169.78平方千米、人口72819人，洪莊鎮(zhèn)面積67.19平方千米、人口34607人，安峰鎮(zhèn)面積134.17平方千米、人口66527人，房山鎮(zhèn)面積149.72平方千米、人口78000人，平明鎮(zhèn)面積157.31平方千米、人口72471人，駝峰鄉(xiāng)面積104.25平方千米、人口61333人，南辰鄉(xiāng)面積30.5平方千米、人口18186人，橫溝鄉(xiāng)面積66.89平方千米、人口32630人，李埝鄉(xiāng)面積70.09平方千米、人口33165人，山左口鄉(xiāng)面積89.06平方千米、人口42536人，石湖鄉(xiāng)面積72.26平方千米、人口32291人，曲陽鄉(xiāng)面積75.42平方千米、人口36850人，張灣鄉(xiāng)面積95平方千米、人口32965人。（數(shù)據(jù)來源于《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》）
2010年第六次人口普查，東海縣常住總?cè)丝?52668人，其中：牛山鎮(zhèn)149511人，白塔埠鎮(zhèn)50231人，黃川鎮(zhèn)53121人，石梁河鎮(zhèn)34350人，青湖鎮(zhèn)45322人，石榴鎮(zhèn)63047人，溫泉鎮(zhèn)13754人，雙店鎮(zhèn)42403人，桃林鎮(zhèn)57459人，洪莊鎮(zhèn)24230人，安峰鎮(zhèn)55617人，房山鎮(zhèn)60877人，平明鎮(zhèn)59740人，駝峰鄉(xiāng)48244人，南辰鄉(xiāng)15180人，橫溝鄉(xiāng)27399人，李埝鄉(xiāng)31179人，山左口鄉(xiāng)32020人，石湖鄉(xiāng)24528人，曲陽鄉(xiāng)29325人，張灣鄉(xiāng)24097人，江蘇東海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)11034人。
2013年1月31日，江蘇省政府（蘇政復(fù)[2013]22號(hào)）批準(zhǔn)同意撤銷牛山鎮(zhèn)，以原牛山鎮(zhèn)行政區(qū)域設(shè)立牛山街道；撤銷石榴鎮(zhèn)，以原石榴鎮(zhèn)行政區(qū)域設(shè)立石榴街道；撤銷南辰鄉(xiāng)、石梁河鎮(zhèn)，設(shè)立新的石梁河鎮(zhèn)；撤銷橫溝鄉(xiāng)、溫泉鎮(zhèn)，設(shè)立新的溫泉鎮(zhèn)。調(diào)整后，全縣轄2個(gè)街道、11個(gè)鎮(zhèn)、6個(gè)鄉(xiāng)：牛山街道、石榴街道、白塔埠鎮(zhèn)、黃川鎮(zhèn)、石梁河鎮(zhèn)、青湖鎮(zhèn)、溫泉鎮(zhèn)、雙店鎮(zhèn)、桃林鎮(zhèn)、洪莊鎮(zhèn)、安峰鎮(zhèn)、房山鎮(zhèn)、平明鎮(zhèn)、駝峰鄉(xiāng)、李埝鄉(xiāng)、山左口鄉(xiāng)、石湖鄉(xiāng)、曲陽鄉(xiāng)、張灣鄉(xiāng)。縣政府駐牛山街道晶都大道。