三明境內最早的縣建制是三國吳永安三年（公元260）析建安縣東部地置將樂縣，西部地置綏安縣，屬建安郡。晉義熙元年（405）改綏安縣為綏城縣。并于延平縣南鄉沙源地置沙村縣。隋開皇十三年（593）綏城、將樂并入邵武縣（隸江西撫州）。唐武德四年（621）恢復沙村縣建制改稱沙縣（屬建州）；八年（625）從邵武縣析出復置將樂、綏城縣（隸建州）；貞觀三年（629）2縣俱廢；垂拱四年（688）復從邵武、建安析出原綏城、將樂縣地，重置將樂縣；開元十三年（725）置黃連縣（屬建州，二十六年即738年改屬汀州）；二十九年（741）置尤溪縣（屬福州）；天寶元年（742）黃連縣改名寧化縣（屬臨汀郡）；元和三年（808）將樂縣并入邵武、建安縣，五年（81O）再恢復（屬建州）。五代南唐中興元年（958）置歸化縣。宋建隆元年（960）置建寧縣（均屬建州）；元佑年（1086）歸化縣改名泰寧縣。

明景泰三年（1452）析沙縣、尤溪縣地置永安縣（隸延平府）；成化六年（1470）析清流、沙縣、將樂、寧化縣地置歸化縣（隸汀州）；嘉靖十四年（1535）析尤溪、永安、漳平、德化縣地置大田縣（隸延平府）。清末延平府、邵武府、汀州府、永春州分別屬延建邵、汀漳龍、興泉永道。民國元年（1912）廢府，將樂、沙縣、尤溪、永安、泰寧、建寧縣屬北路道（1914年改建安道），寧化、清流、歸化縣屬西路道（1914年改汀漳道），大田縣屬南路道（1914年改廈門道）。1925年廢道，各縣直屬福建省。第二次國內革命戰爭時期寧化、建寧、泰寧、清流、歸化為中央蘇區縣。1934年設行政督察區時，沙縣、尤溪縣屬三區，大田縣屬四區，寧化、清流、明溪、永安縣屬八區，將樂、建寧、泰寧縣屬九區。抗日戰爭時期（1938—1945）福建省省會內遷永安。1946年設九區（駐永安，轄永安、大田、德化、三元、寧洋、清流、明溪7縣）。

1949年6月至1950年2月各縣相繼解放。尤溪、沙縣、將樂、泰寧、建寧縣屬第二行政督察區（1950年3月改南平專區），三元、明溪、永安、清流、寧化、大田、寧洋、德化8縣屬第七行政督察區（1950年3月改永安專區，10月德化縣劃屬晉江專區）。1956年3月撤銷永安專區，7月三元、明溪縣合并稱三明縣，隸屬南平專區，大田縣劃歸晉江專區，永安、清流、寧化、寧洋縣劃歸龍巖專區（同年撤寧洋縣，部分地劃歸永安縣）。1959年2月撤銷清流、寧化縣，設清寧縣，成立省轄三明市。1961年撤銷清寧縣，恢復清流、寧化縣與永安同劃歸三明市。

1963年三明市改縣級市，原明溪縣屬地析出恢復三明縣，設三明專區，轄三明市及三明、永安、清流、寧化、大田5縣。1964年三明縣恢復為明溪縣。1970年尤溪、沙縣、將樂、泰寧、建寧5縣劃歸三明專區，同年12月三明專區改名三明地區。1983年撤銷三明地區，三明市復為省轄地級市，市區設三元區、梅列區。1984年永安撤縣建市（縣級）。

1992年，全市共有12個街道、40個鎮、100個鄉。2000年，全市共有13個街道、59個鎮、81個鄉。

2000年第五次人口普查，三明市常住總人口25740751人，其中：梅列區156874人，三元區180231人，明溪縣109102人，清流縣135669人，寧化縣298434人，大田縣331019人，尤溪縣392759人，沙縣228548人，將樂縣158491人，泰寧縣114187人，建寧縣133918人，永安市334852人。

2000年轄2區1市9縣，13街道60鎮78鄉2民族鄉。2002年轄2區1市9縣，11街道60鎮76鄉2民族鄉。2003年末，全市戶籍人口267.66萬人，其中非農業人口85.04萬人。轄2區1市9縣13街道辦事處58鎮75鄉2民族鄉。其中市轄區戶籍人口28.24萬人，其中非農業人口21.02萬人。

2010年第六次人口普查，三明市常住總人口2503388人，其中：梅列區176539人，三元區198958人，明溪縣102667人，清流縣136248人，寧化縣272443人，大田縣311631人，尤溪縣352067人，沙縣226669人，將樂縣148867人，泰寧縣110278人，建寧縣119979人，永安市347042人。