秦、漢時為高奴縣地，后為匈奴所據。北魏太平真君十二年（451年）于境內設啟寧縣，隋開皇三年（583年）廢入廣洛縣。北宋太平興國二年（977年）于今縣城置保安軍。金大定十二年（1172年）改設保安縣；二十二年升為州。蒙古至元六年（1269年）復為保安縣。1914年屬榆林道。1928年直屬省。

1934年11月改名赤安縣。1936年6月為紀念劉志丹烈士，改名志丹縣。1949年屬陜北行政區。1950年5月屬延安分區，10月屬延安專區。1958年12月，吳旗縣撤銷，轄地并入志丹縣。1968年屬延安地區。1996年屬延安市。

1950年，吳旗、白豹、水泛3區歸吳旗縣。全縣設太平、槐樹渠、永寧、旦八、金鼎、順寧6區。太平區轄寺臺、城市、墩梁、孫岔、茍河5鄉。槐樹渠區轄侯市、郝家溝、大高山、孟坬、賀渠5鄉。永寧區轄鷂子川、石畔、小崖窯、楊城、段家灣5鄉。旦八區轄旦八、樊川、義正、麻臺、麻子溝5鄉。金鼎區轄金鼎、東溝灣、吳堡、羅坪、金湯5鄉。順寧區轄順寧、宋莊、丁岔、雙楊、劉坪5鄉。

1952年8月，新設紙坊區，下轄徐塌、石岔、老廟河、劉河4鄉，全縣共設7區34鄉。1956年3月，雁轱轆塘、高灣、羅李坬、段家峁、菜子圪堵、胡麻地嘴、薛家河坬、閻家廟、小李圪凹、介渠灣、閻家圪堵、柳樹圪、楊窯則、常梁坬14個村劃歸靖邊縣；古莊窠、韓崾崄2個村劃歸安塞縣；楊坬溝、小木澗、高樓坬3個村劃歸吳旗縣；靖邊縣的牛嘴溝、王家灣、廟家河、羅山、馬臺則、麻臺則、大鹽店7個村及吳旗縣的劉興莊、河石灣2個村劃歸志丹縣，轄地為今志丹縣地。

1958年12月，全縣改設城市、侯市、杏河（槐樹渠）、順寧（高家灣）、永寧（腰子川）、旦八、金鼎、吳旗鎮、白豹、長官廟、鐵邊城、蔡家砭、周家灣13個公社，轄地為今志丹、吳旗2縣地。1961年9月，原吳旗縣轄地劃出后，全縣設城關、雙河、永寧、旦八、金鼎、義正、吳堡、紙坊、順寧、杏河、張渠、侯市、三臺13個公社。1964年8月成立城關鎮。1965年10月撤三臺公社。1971年恢復市鎮公社。1972年9月侯市公社并入杏河公社，1980年恢復侯市公社。

1983年8月成立城關鄉（后改稱周河鄉）。1984年3月，撤公社設鄉（鎮）。1988年，全縣轄保安、杏河、旦八3鎮及周河（縣城）、順寧（高家灣）、張渠、紙坊、雙河、吳堡（雙廟）、義正、侯市、金鼎、永寧（劉家河）10鄉，共19362戶，94895人。

1996年，志丹縣面積3781平方千米，人口27790戶，115345人。轄3個鎮、10個鄉：保安鎮、旦八鎮、杏河鎮、周河鄉、順寧鄉、紙坊鄉、雙河鄉、永寧鄉、候市鄉、吳堡鄉、義正鄉、金鼎鄉、張渠鄉，共有189個行政村、3個居委會�？h政府駐保安鎮。

1998年，順寧鄉改為順寧鎮，永寧鄉改為永寧鎮，金鼎鄉改為金鼎鎮。調整后，志丹縣轄6個鎮、7個鄉，191個行政村。

2000年第五次人口普查，全縣總人口124449人，其中：保安鎮22548人，杏河鎮10452人，順寧鎮9509人，旦八鎮9998人，金鼎鎮11284人，永寧鎮10837人，周河鄉9754人，雙河鄉8733人，紙坊鄉5586人，義正鄉8659人，吳堡鄉4504人，張渠鄉7753人，侯市鄉4832人。

2001年，撤銷周河鄉并入保安鎮，撤銷侯市鄉并入杏河鎮。區劃調整后，志丹縣轄6個鎮、5個鄉：保安鎮、杏河鎮、順寧鎮、旦八鎮、金丁鎮、永寧鎮、雙河鄉、紙坊鄉、義正鄉、吳堡鄉、張渠鄉。

2011年，撤銷吳堡鄉、義正鄉合并設立義正鎮，撤銷紙坊鄉并入順寧鎮，撤銷張渠鄉并入杏河鎮。調整后，志丹縣轄7個鎮、1個鄉：保安鎮、杏河鎮、順寧鎮、旦八鎮、金鼎鎮、永寧鎮、義正鎮、雙河鄉。