據《大關縣志》：“大關以有險可守，關寨重壘，故名。”西漢建元六年（前135年）為犍為郡朱提縣地。東漢屬犍為屬國朱提縣。三國蜀漢至西晉屬益州朱提郡。東晉至南朝梁屬寧州南廣郡地。北朝周屬南寧州。隋開皇年間屬南寧州總管府轄恭州，大業年間入開邊縣，屬犍為郡。唐初屬劍南道戎州轄曲州地。唐南詔時屬拓東節度阿旁部。宋屬潼川府路烏蒙部地。

元至元十三年（1276）屬烏蒙路；至元二十一年（1284），烏蒙路屬烏撒烏蒙軍民宣撫司；至元二十四年（1287）烏蒙路屬烏撒烏蒙宣慰司管軍萬戶府。明為烏蒙府，改隸四川。洪武十五年（1382），烏蒙路改置烏蒙府，屬云南布政司；置歸化州屬烏蒙府（尋廢）；洪武十六年（1383）改屬四川布政司，洪武十七年（1384）改置烏蒙軍民府。

清初襲明制，稱烏蒙土府，屬四川省。雍正五年（1727）3月，析四川省屬之烏蒙土府來屬于云南省。雍正六年（1728）2月，烏蒙土府改土歸流，是為烏蒙府，移治于土府（竇地甸）東二十里地，于大關屯地方置大關廳，設通判，屬昭通府。雍正八年（1730）7月，昭通府屬迤東道（治曲靖府）。雍正九年（1731）移大關廳通判駐魯甸，另設府同知。民國2年（1913）4月，改稱大關縣，屬滇中道。民國6年（1917）1月，從大關縣鹽井渡地方析置鹽津縣。民國18年（1929）廢道直屬省。民國31年（1942），大關縣屬云南省第一行政督察區（駐昭通縣）。

1950年4月，大關縣解放后，屬昭通專區。1960年9月13日，國務院全體會議第103次會議通過：撤銷鹽津縣，將原鹽津縣的行政區域并歸大關縣（1959年撤并）。1962年3月27日，國務院全體會議第115次會議決定：恢復鹽津縣，以合并于大關縣的原鹽津縣行政區域為鹽津縣的行政區域（1961年4月28日分治），大關原轄豆沙、柿子劃入鹽津縣。1970年，昭通專區改為昭通地區，大關縣屬昭通地區。2001年8月，昭通撤地設市，大關縣屬昭通市。

1996年，大關縣轄1個鎮、10個鄉（其中1個民族鄉）：翠華鎮、上高橋回族彝族苗族鄉、青龍鄉、玉碗鄉、悅樂鄉、黃葛鄉、壽山鄉、吉利鄉、天星鄉、高橋鄉、木桿鄉。縣政府駐翠華鎮。

2000年第五次人口普查，大關縣常住總人口235802人，其中：翠華鎮26315人，上高橋鄉15255人，青龍鄉15300人，玉碗鄉12693人，悅樂鄉20436人，黃葛鄉18772人，壽山鄉23459人，吉利鄉17744人，天星鄉41029人，高橋鄉20631人，木桿鄉24168人。

2001年，全縣轄1個鎮、10個鄉（其中1個民族鄉）：翠華鎮、吉利鄉、玉碗鄉、木桿鄉、天星鄉、青龍鄉、悅樂鄉、黃葛鄉、壽山鄉、高橋鄉、上高橋回族彝族苗族鄉。

2002年，吉利鄉、木桿鄉、天星鄉、玉碗鄉撤鄉設鎮（省政府2002年7月5日批準）。2002年末，大關縣轄11個鄉鎮、76個村，全縣人口總戶數5.9萬戶，其中農業戶數5.3萬戶，總人口25萬人，其中農業人口22.9萬人。

2006年，撤銷黃葛鄉，其所轄塘房村委會的唐家營、大園子、獨瓦、馬桑坪4個村民小組和永康、田元、興隆村3個村委會劃歸翠華鎮管轄，所轄塘房村委會的沙坪子、松林、黃泥坳、喜馬溪、巖口、涼水井、營盤、大毛坡、大橋、青坪、羅家灣、梯子坎、老水井、趕山坡、街口、田壩、田方石、丫口、塘房19個村民小組和新寨、太平2個村委會劃歸悅樂鄉管轄，并將悅樂鄉改設為悅樂鎮，鎮政府駐原悅樂鄉政府駐地；撤銷青龍鄉，其行政區域并入天星鎮，鎮政府駐地不變（省政府2006年1月20日批準）。

2006年，大關縣總人口25.02萬人。轄6個鎮、3個鄉（其中1個民族鄉）：翠華鎮、玉碗鎮、吉利鎮、天星鎮、木桿鎮、悅樂鎮、上高橋回族彝族苗族鄉、壽山鄉、高橋鄉。共有2個居委會、76個行政村。縣政府駐翠華鎮。

2010年第六次人口普查，大關縣常住總人口263225人，其中：翠華鎮42262人，玉碗鎮14614人，吉利鎮17797人，天星鎮58221人，木桿鎮26877人，悅樂鎮32163人，上高橋回族彝族苗族鄉19401人，壽山鄉27284人，高橋鄉24606人。

2012年9月22日，省政府批復同意撤銷大關縣高橋鄉、壽山鄉，設立高橋鎮、壽山鎮（云政復[2012]73號）。調整后，全縣轄8個鎮、1個民族鄉：翠華鎮、玉碗鎮、吉利鎮、天星鎮、木桿鎮、悅樂鎮、壽山鎮、高橋鎮、上高橋回族彝族苗族鄉。

2014年，天星鎮、壽山鎮被列為全國重點鎮。