大姚縣域內有大姚河，源出鎮南縣北十八盤山，納諸水入金沙江，縣以河為名。西漢武帝元鼎六年（公元前111）始置蜻蛉縣，屬越雟郡。東漢為蜻蛉縣，屬益州越雟郡。三國蜀漢為蜻蛉縣，屬益州云南郡。西晉為蜻蛉縣，屬寧州云南郡。東晉至南朝梁為蜻蛉縣，屬寧州興寧郡，南朝齊、梁為興寧郡治。北朝周屬南寧州。隋朝屬南寧州總管府。唐武德四年（621）在境內置褒州領揚波（今金碧）、樂疆（今龍街繳末）兩縣；置西濮州領馬西縣（今新街大古衙），兼領天池、鹽泉、涌泉、甘泉4縣。貞觀十一年（637）為西濮州，領蜻蛉、濮水、銅山、歧星4縣。唐南詔國時為弄棟節度弄棟城。
宋大理國為褒州大姚堡，屬弄棟府。元憲宗七年（1257）廢褒州置大姚堡千戶所，屬大理下萬戶；至元十一年（1274）改置大姚縣，改屬姚州；元天歷元年（1328）改屬姚安路軍民府。明洪武十五年（1382）改置姚安府，屬云南布政司，洪武二十七年（1394）改置姚安軍民府，轄姚州（今姚安）、大姚縣。清初沿明制，為姚安軍民府大姚縣；雍正八年（1730）7月，姚安軍民府屬迤西道（駐大理府）。乾隆三十五年（1770）2月，撤銷姚安軍民府，大姚縣改屬迤西道楚雄府。道光三年（1823）以大姚縣北境置苴卻行檢分治。
民國2年（1913）3月，由姚安縣析置鹽豐縣，縣治設于白鹽井；同年（1913）4月，迤西道改為滇西道，大姚縣、鹽豐縣屬滇西道；同年，改苴卻巡檢司為苴卻行政委員，駐苴卻，屬滇西道。民國3年（1914）6月，改滇西道為騰越道（駐騰沖縣），大姚縣、鹽豐縣、苴卻行政區屬之。民國13年（1924），苴卻行政區改置永仁縣（1929年11月批準），屬騰越道。民國十八年（1929），廢騰越道，大姚縣、鹽豐縣直屬省。民國35年（1946），大姚縣、鹽豐縣屬第八行政督察區（駐姚安縣）。
1950年，大姚、鹽豐縣屬楚雄專區。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，大姚、鹽豐縣屬楚雄州（楚雄彝族自治州1958年4月15日成立）。1960年9月13日國務院全體會議第103次會議通過：撤銷永仁、鹽豐、姚安3縣，將原永仁、鹽豐、姚安3縣的行政區域并歸大姚縣（1958年10月15日撤并）。1962年3月27日，國務院全體會議第115次會議決定：設立姚安縣，以合并于大姚縣的原姚安縣行政區域為姚安縣的行政區域。設立永仁縣，以合并于大姚縣的原永仁縣行政區域為永仁縣的行政區域（1961年1月分置）。
1996年，大姚縣面積4146平方千米。人口約26.9萬人，其中彝族7.3萬人。轄3個鎮、11個鄉：金碧鎮、石羊鎮、六苴鎮、灣碧傣族傈僳族鄉、鐵鎖鄉、桂花鄉、三臺鄉、曇華鄉、三岔河鄉、新街鄉、趙家店鄉、七街鄉、倉街鄉、龍街鄉。縣政府駐金碧鎮。
2000年第五次人口普查，大姚縣常住總人口279838人，其中：金碧鎮56863人，石羊鎮28261人，六苴鎮17431人，七街鄉14145人，倉街鄉23128人，龍街鄉24927人，趙家店鄉16100人，新街鄉26788人，曇華鄉7409人，桂花鄉11721人，灣碧鄉17557人，鐵鎖鄉10312人，三臺鄉11853人，三岔河鄉13343人。
2001年末，全縣有71631戶，280774人，其中，農業人口256980人，非農業人口23794人。轄3個鎮、10個鄉、1個民族鄉：金碧鎮、石羊鎮、六苴鎮、倉街鄉、七街鄉、龍街鄉、趙家店鄉、新街鄉、曇華鄉、桂花鄉、三臺鄉、鐵鎖鄉、三岔河鄉、灣碧傣族傈僳族鄉，147個村委會，1906個村民小組。
2002年，倉街鄉撤鄉設鎮（省政府2002年8月12日批準）。2005年12月12日，云南省政府（云政復[2005]91號）批準同意大姚縣撤銷倉街鎮和七街鎮，將其行政區域并入金碧鎮，金碧鎮政府駐地不變；將六苴鎮海古簸村委會劃歸曇華鄉管轄。
2006年，大姚縣總面積4146平方千米。總人口28萬余人。轄3個鎮、9個鄉（其中1個民族鄉）：金碧鎮、石羊鎮、六苴鎮、龍街鄉、趙家店鄉、新街鄉、曇華鄉、桂花鄉、灣碧傣族傈僳族鄉、鐵鎖鄉、三臺鄉、三岔河鄉。共有3個居委會、126個行政村。縣政府駐金碧鎮。
2010年第六次人口普查，大姚縣常住總人口273315人，其中：金碧鎮95639人，石羊鎮25718人，六苴鎮16591人，龍街鄉22653人，趙家店鄉15149人，新街鄉25273人，昌華鄉7549人，桂花鄉11963人，灣碧傣族傈僳族鄉17454人，鐵鎖鄉10313人，三臺鄉11790人，三岔河鄉13223人。
2013年，云南省政府（云政復[2013]32號）批準同意大姚縣撤銷龍街鄉、新街鄉、趙家店鄉、三岔河鄉、桂花鄉，設立龍街鎮、新街鎮、趙家店鎮、三岔河鎮、桂花鎮。調整后，全縣轄8個鎮、4個鄉（其中1個民族鄉）：金碧鎮、石羊鎮、六苴鎮、龍街鎮、新街鎮、趙家店鎮、三岔河鎮、桂花鎮、曇華鄉、灣碧傣族傈僳族鄉、鐵鎖鄉、三臺鄉。