三明境内最早的县建制是三国吴永安三年（公元260）析建安县东部地置将乐县，西部地置绥安县，属建安郡。晋义熙元年（405）改绥安县为绥城县。并于延平县南乡沙源地置沙村县。隋开皇十三年（593）绥城、将乐并入邵武县（隶江西抚州）。唐武德四年（621）恢复沙村县建制改称沙县（属建州）；八年（625）从邵武县析出复置将乐、绥城县（隶建州）；贞观三年（629）2县俱废；垂拱四年（688）复从邵武、建安析出原绥城、将乐县地，重置将乐县；开元十三年（725）置黄连县（属建州，二十六年即738年改属汀州）；二十九年（741）置尤溪县（属福州）；天宝元年（742）黄连县改名宁化县（属临汀郡）；元和三年（808）将乐县并入邵武、建安县，五年（81O）再恢复（属建州）。五代南唐中兴元年（958）置归化县。宋建隆元年（960）置建宁县（均属建州）；元佑年（1086）归化县改名泰宁县。
明景泰三年（1452）析沙县、尤溪县地置永安县（隶延平府）；成化六年（1470）析清流、沙县、将乐、宁化县地置归化县（隶汀州）；嘉靖十四年（1535）析尤溪、永安、漳平、德化县地置大田县（隶延平府）。清末延平府、邵武府、汀州府、永春州分别属延建邵、汀漳龙、兴泉永道。民国元年（1912）废府，将乐、沙县、尤溪、永安、泰宁、建宁县属北路道（1914年改建安道），宁化、清流、归化县属西路道（1914年改汀漳道），大田县属南路道（1914年改厦门道）。1925年废道，各县直属福建省。第二次国内革命战争时期宁化、建宁、泰宁、清流、归化为中央苏区县。1934年设行政督察区时，沙县、尤溪县属三区，大田县属四区，宁化、清流、明溪、永安县属八区，将乐、建宁、泰宁县属九区。抗日战争时期（1938—1945）福建省省会内迁永安。1946年设九区（驻永安，辖永安、大田、德化、三元、宁洋、清流、明溪7县）。
1949年6月至1950年2月各县相继解放。尤溪、沙县、将乐、泰宁、建宁县属第二行政督察区（1950年3月改南平专区），三元、明溪、永安、清流、宁化、大田、宁洋、德化8县属第七行政督察区（1950年3月改永安专区，10月德化县划属晋江专区）。1956年3月撤销永安专区，7月三元、明溪县合并称三明县，隶属南平专区，大田县划归晋江专区，永安、清流、宁化、宁洋县划归龙岩专区（同年撤宁洋县，部分地划归永安县）。1959年2月撤销清流、宁化县，设清宁县，成立省辖三明市。1961年撤销清宁县，恢复清流、宁化县与永安同划归三明市。
1963年三明市改县级市，原明溪县属地析出恢复三明县，设三明专区，辖三明市及三明、永安、清流、宁化、大田5县。1964年三明县恢复为明溪县。1970年尤溪、沙县、将乐、泰宁、建宁5县划归三明专区，同年12月三明专区改名三明地区。1983年撤销三明地区，三明市复为省辖地级市，市区设三元区、梅列区。1984年永安撤县建市（县级）。
1992年，全市共有12个街道、40个镇、100个乡。2000年，全市共有13个街道、59个镇、81个乡。
2000年第五次人口普查，三明市常住总人口25740751人，其中：梅列区156874人，三元区180231人，明溪县109102人，清流县135669人，宁化县298434人，大田县331019人，尤溪县392759人，沙县228548人，将乐县158491人，泰宁县114187人，建宁县133918人，永安市334852人。
2000年辖2区1市9县，13街道60镇78乡2民族乡。2002年辖2区1市9县，11街道60镇76乡2民族乡。2003年末，全市户籍人口267.66万人，其中非农业人口85.04万人。辖2区1市9县13街道办事处58镇75乡2民族乡。其中市辖区户籍人口28.24万人，其中非农业人口21.02万人。
2010年第六次人口普查，三明市常住总人口2503388人，其中：梅列区176539人，三元区198958人，明溪县102667人，清流县136248人，宁化县272443人，大田县311631人，尤溪县352067人，沙县226669人，将乐县148867人，泰宁县110278人，建宁县119979人，永安市347042人。