春秋為芮國、大荔戎國。秦穆公二十年（公元前640年）滅芮；秦厲共公十六年（公元前461年）滅大荔戎國，筑高壘逼臨晉國，故名臨晉。秦置臨晉縣，屬內史。又析東南部地于渭河北今西寨置懷德縣，西漢因之，與臨晉縣同屬左馮翊。王莽始建國改臨晉縣監晉縣，改懷德縣為德 縣。東漢建武元年（公元前25年）復名臨晉縣，并將德 縣廢入；建安初左馮翊治遷臨晉，十八年（213年）縣治遷今城關鎮。三國魏改左馮翊為馮翊郡。

西晉武帝改臨晉縣為大荔縣，以大荔戎國故地得名。據《同州府志》：“大荔，魏晉縣名。晉武帝以大荔戎筑城于此，因名其縣。”北魏初復名臨晉縣；太和十一年（487年）改名華陰縣，同時于縣治置華州和華山郡，并析東部地于今朝邑鎮置南五泉縣；孝昌二年（526年）改華陰縣為武鄉縣，改華山郡為武鄉郡。西魏廢帝三年（554年）以北據朝坂改南五泉縣為朝邑縣，改華州為同州。

隋開皇三年（583年）廢郡存州；大業三年（607年）改武鄉縣為馮翊縣，改同州為馮翊郡，二縣屬之。唐武德元年（618年）復改馮翊郡為同州，三年又分朝邑縣東部、黃河西岸地增設河濱縣；九年析馮翊縣西南地增設臨沮縣，因臨近沮水（今北洛河）得名。貞觀元年（627年）廢臨沮、河濱二縣分別入馮翊、朝邑二縣。乾元三年（760年）將朝邑縣改為河西縣并移治鹽坊，屬河中府。大歷五年（770年）復名朝邑縣。

蒙古至元元年（1264年）省馮翊縣，轄地由同州直轄。清雍正十三年（1735年）升為同州府，并復設大荔縣。1914年屬關中道。1928年直屬省。1929年析朝邑東部黃河灘地于大慶關（今已陷入黃河）置平民縣。1949年大荔分區由合陽遷駐大荔。1950年省平民縣屬朝邑縣，二縣屬渭南專區。1956年屬省。1958年撤銷朝邑縣并入大荔縣后成今境，屬渭南專區。1969年屬渭南地區。1994年屬渭南市。

1962年8月，全縣設23個公社，333個生產大隊、1879個生產隊。1982年，全縣設28個公社、351個生產大隊、2008個生產隊。1984年政社分設，全縣設7個鎮、20個鄉，370個行政村。1988年，移民返回庫區，大荔縣增設6個鄉。

1990年，全縣轄城關、許莊、朝邑、安仁、兩宜、羌白、官池7鎮和東七、婆合、戶家、漢村、埝橋、馮村、伯士、范家、沙底、步昌、華原、雙泉、段家、高明、八魚、下寨、蘇村、張家、西寨、石槽、趙渡、韋林、魯安、平民、雨林、迪村26鄉，8個居委會、413個行政村。

2000年，撤銷下寨鄉設立下寨鎮，撤銷馮村鄉設立馮村鎮，撤銷高明鄉設立高明鎮，撤銷雙泉鄉設立雙泉鎮，撤銷韋林鄉設立韋林鎮。調整后，大荔縣轄12個鎮、21個鄉。

2000年第五次人口普查，大荔縣常住總人口706948人，其中：城關鎮57227人，許莊鎮26886人，朝邑鎮24205人，安仁鎮32285人，兩宜鎮21950人，羌白鎮34217人，官池鎮27008人，馮村鎮25686人，雙泉鎮29471人，高明鎮25774人，下寨鎮17313人，韋林鎮13115人，婆合鄉18731人，東七鄉21046人，戶家鄉18928人，漢村鄉16209人，埝橋鄉28863人，伯士鄉19251人，步昌鄉19598人，范家鄉22688人，華原鄉9585人，段家鄉25479人，八魚鄉22257人，張家鄉18737人，蘇村鄉28229人，西寨鄉17761人，石槽鄉29828人，沙底鄉14918人，迪村鄉10511人，雨林鄉7465人，趙渡鄉8742人，平民鄉7785人，魯安鄉5200人。

2001年區劃調整后，大荔縣轄13個鎮、13個鄉：城關鎮、許莊鎮、朝邑鎮、安仁鎮、兩宜鎮、羌白鎮、官池鎮、馮村鎮、雙泉鎮、高明鎮、下寨鎮、韋林鎮、范家鎮、戶家鄉、埝橋鄉、伯士鄉、步昌鄉、段家鄉、八魚鄉、張家鄉、蘇村鄉、西寨鄉、石槽鄉、沙底鄉、趙渡鄉、平民鄉。（415個行政村）

2010年第六次人口普查，大荔縣常住總人口693392人，其中：城關鎮110725人，許莊鎮39860人，朝邑鎮21311人，安仁鎮31169人，兩宜鎮20572人，羌白鎮35151人，官池鎮26659人，馮村鎮25236人，雙泉鎮26875人，高明鎮24202人，下寨鎮17231人，韋林鎮22028人，范家鎮27647人，戶家鄉16740人，埝橋鄉27182人，伯士鄉15937人，步昌鄉18639人，段家鄉23469人，八魚鄉21280人，張家鄉19736人，蘇村鄉26916人，西寨鄉13368人，石槽鄉31149人，沙底鄉14342人，趙渡鄉14536人，平民鄉15109人，國營陜西荔北企業公司2437人，國營陜西沙苑企業公司1997人，國營陜西黃河企業公司1889人。

2011年，撤銷石槽鄉并入官池鎮，撤銷西寨鄉并入韋林鎮，撤銷八魚鄉并入羌白鎮，撤銷張家鄉并入下寨鎮，撤銷步昌鄉并入安仁鎮，撤銷戶家鄉并入許莊鎮，撤銷沙底鄉、伯士鄉并入朝邑鎮，撤銷蘇村鄉、趙渡鄉、平民鄉、埝橋鄉、段家鄉鄉的建制，相應設立鎮的建制。調整后，大荔縣轄18個鎮：城關鎮、兩宜鎮、馮村鎮、雙泉鎮、高明鎮、范家鎮、官池鎮、韋林鎮、羌白鎮、下寨鎮、安仁鎮、許莊鎮、朝邑鎮、埝橋鎮、段家鎮、蘇村鎮、趙渡鎮、平民鎮。

2012年末，大荔縣面積1696.2平方千米，戶籍人口726413人，常住人口69.65萬人。2013年末，大荔縣轄18個鎮，共有26個社區、400個行政村，縣政府駐城關鎮。

2015年，撤銷城關鎮，設立城關街道；撤銷高明鎮，并入兩宜鎮；撤銷平民鎮，并入趙渡鎮。調整后，大荔縣轄1個街道、15個鎮：城關街道、兩宜鎮、馮村鎮、雙泉鎮、范家鎮、官池鎮、韋林鎮、羌白鎮、下寨鎮、安仁鎮、許莊鎮、朝邑鎮、埝橋鎮、段家鎮、蘇村鎮、趙渡鎮。