以治所地十堰命名。今城區于清朝因人們在百二河和犟河攔河筑壩十處以便灌溉，由此得名十堰。市域在商、周時屬絞、庸等國；戰國時屬楚國；秦漢時屬漢中郡長利縣；東漢、魏時屬錫縣；唐、宋時屬武當郡鄖鄉縣；元代始設鄖縣。明成化十二年（1476年）置鄖陽府，轄鄖縣、房縣、竹山、上津、鄖西、竹溪六縣。弘治十一年（1498年）析房縣潭頭置保康縣，共轄七縣。清順治十六年（1659年）省上津入鄖西。1914年屬襄陽道。1932年設第十一行政督察區，轄鄖縣、房縣、竹山、上津、鄖西、竹溪六縣。1936年改設第八行政督察區。

1949年設兩鄖專區，屬陜西省，轄鄖陽、均縣、房縣、竹山、竹溪、鄖西等6縣，專署駐鄖陽縣。1950年4月劃回湖北省，改稱鄖陽專區，鄖陽縣改為鄖縣，專署駐鄖縣。1952年撤銷鄖陽專區，原鄖陽專區所屬各縣并入襄陽專區。1965年復設鄖陽專區，專署駐鄖縣，襄陽專區所屬鄖縣、均縣（駐丹江鎮）、房縣、竹山、竹溪、鄖西6縣劃入鄖陽專區。1967年，國家為建設第二汽車制造廠（現東風汽車公司），劃鄖縣的十堰、黃龍兩個區和土門公社（?，茶店區的茅坪公社?）成立十堰辦事處，隸屬鄖陽地區。

1969年12月析鄖縣十堰、黃龍二區置縣級十堰市。1970年改稱鄖陽地區，轄六縣一市，地區駐十堰市。1973年十堰市改為省轄市。1976年神農架林區劃入。1983年神農架林區改由省直轄，撤銷均縣改置丹江口市（縣級，8月19日國務院批準）。1984年，設立十堰市茅箭區、張灣區。1994年9月29日，國務院批準（國函[1994]98號）撤銷鄖陽地區，與十堰市實行地、市合并，將原鄖陽地區的鄖縣、竹山縣、房縣、鄖西縣、竹溪縣劃歸十堰市管轄，原鄖陽地區的丹江口市由湖北省直轄。

1996年，十堰市面積23661平方千米，人口338.1萬。市政府駐十堰。轄張灣、茅箭2區和鄖縣、竹山縣、房縣、鄖西縣、竹溪5縣，代管丹江口1個縣級市。

2000年第五次全國人口普查，十堰市總人口34159121人。其中：茅箭區267855人，張灣區321969人，鄖縣584315人，鄖西縣492015人，竹山縣438787人，竹溪縣338534人，房縣471311人，丹江口市501126人。

2004年末，全市總面積23301平方千米，總人口3332445人。轄2個市轄區、5個縣，代管1個縣級市。共有12個街道、62個鎮、43個鄉，207居委會、1765個村委會。2005年末，共有13個街道、61個鎮、43個鄉。

2010年第六次人口普查，十堰市常住總人口3340841人，其中：茅箭區399449人，張灣區368471人，鄖縣558355人，鄖西縣447482人，竹山縣417079人，竹溪縣315259人，房縣390991人，丹江口市443755人。

2014年，撤銷鄖縣，設立十堰市鄖陽區。