沅陵历为州、路、府、道、省府、行署、专署治所。秦置黔中郡（故城就在今太常乡窑头村）。汉高祖五年（公元前202）改黔中郡为武陵郡，始置沅陵县。境内有沅江，为汉顷侯吴阳邑，故名。三国初属蜀，后属吴。两晋属荆州武陵郡。南北朝宋、齐、梁属郢州刺史武陵郡，陈初属武州通宁郡，太建七年（575）属沅州沅陵郡。隋开皇九年（589）废沅陵郡置辰州，治沅陵。元至元十二年（1275）改辰州为辰州路。至正二十四年（1364）朱元璋改辰州路为辰州府。明洪武九年（1376）隶属湖广布政司。成化元年（1465）设辰沅兵备道，驻沅陵。民国元年（1912年）废沅陵县存辰州府。1914年废辰州府复沅陵县，隶属辰沅道尹。1935年在沅陵始设湘西绥靖处，1936年改为湘西绥靖公署，分置4个督察区，县属第一区行政督察专员公署，治沅陵。1942年置湘西行署于沅陵。1949年9月沅陵解放。
1949年10月，县以下分设7个区，保留原25个乡(镇)、317个保。1950年4月，古丈县的血水潭、桐木溪溪北划入沅陵县第二区；废除国民政府建立的乡镇公所；分第三区设第八区，分第七区设第九区，分第六区设第十区，全县辖1O个区，309个农民协会，8个居民委员会。1952年6月，全县划为19个区，设310个农会，8个居民委员会。1953年废除保甲，全县设16区、1镇，278个乡（镇）；6月30日第一次人口普查，全县36.94万人；同年，第五区（原孝平乡）划归辰溪县；第十四区（原仁平乡）大部和第十五区（原治平乡）大部划归大庸县；第十五区湖田一带划归慈利县；第七区（原安平乡）所辖平原村一带划归溆浦县。1954年3月，增划7个乡。1956年7月撤区并乡，全县设55个大乡和1个镇。
1958年9月，改设16个政社合一的人民公社、1镇，下辖270个生产大队（一说284个大队，2191个生产队）；10月，城关镇成立城市公社；湘西钨矿成立矿区公社。1962年恢复区建制，全县划分7个区、1个镇，下辖50个公社、618个大队。1982年7月31日第三次人口普查，全县共有11.6953万户、55.005万人。1984年，以原公社范围建乡、镇，设8个区、1个县辖镇，45个乡、5个乡级镇，641个行政村，4984个村民小组。1987年，全县辖8区、2个县辖镇，45个乡、5个乡级镇，650个行政村、13个居委会，5061个村民小组、162个居民小组；同年县委、县人大、县人民政府机关迁至新村办公。
太常区（辖太常、白田、沙金滩、丑溪口、舒溪口、栗坡6个乡），乌宿区（辖乌宿、清水坪、棋坪、落鹤坪、高砌头5个乡和明溪口镇），麻溪铺区（辖麻溪铺镇和筲箕湾、用坪、池坪、坳坪、竹园5个乡），凉水井区（辖凉水井镇和苦藤铺、郑家村、张家坪、张家滩、渭溪5个乡），官庄区（辖官庄镇和荔枝溪、杜家坪、马底驿、长界、楠木铺、黄壤坪6个乡），北溶区（辖北溶、深溪口、肖家桥、落坪、大合坪、七甲溪、火场7个乡），麻伊洑区（辖陈家滩、高坪、清浪、洞溪、蚕忙、楠木、柳林汊、七甲坪8个乡和麻伊洑镇，军大坪区（辖军大坪、筒车坪、枫香坪3个乡）以及沅陵镇、沃溪镇。县政府驻沅陵镇。
1996年，沅陵县面积5850平方千米，人口约62.8万人，其中土家、苗等少数民族31.6万人。辖8个区、2个镇（区级），5个镇（乡级）、42个乡、3个民族乡：沅陵镇、沃溪镇、五强溪镇、明溪口镇、麻溪铺镇、凉水井镇、官庄镇、太常乡、白田乡、沙金滩乡、丑溪口乡、栗坡乡、舒溪口乡、乌宿乡、清水坪苗族乡、棋坪苗族乡、落鹤坪乡、高砌头乡、筲箕湾乡、用坪乡、池坪乡、坳坪乡、竹园乡、苦藤铺乡、郑家村乡、张家坪乡、张家滩乡、渭溪乡、荔枝溪乡、杜家坪乡、马底驿乡、楠木铺乡、长界乡、黄壤坪乡、北溶乡、深溪口乡、肖家桥乡、落坪乡、大合坪乡、七甲溪乡、火场土家族乡、军大坪乡、筒车坪乡、枫香坪乡、高坪乡、清浪乡、洞溪乡、陈家滩乡、七甲坪乡、蚕忙乡、楠木乡、柳林汊乡。
2000年第五次人口普查，沅陵县常住总人口599680人，其中，沅陵镇58107人，明溪口镇11342人，麻溪铺镇15911人，凉水井镇14889人，官庄镇20558人，五强溪镇17899人，沃溪镇11978人，柳林汉乡9240人，太常乡11770人，白田乡13483人，沙金滩乡4837人，丑溪口乡9674人，栗坡乡6859人，舒溪口乡13855人，乌宿乡10095人，清水坪苗族乡7977人，棋坪苗族乡11631人，落鹤坪乡7240人，高砌头乡10154人，筲箕湾乡16826人，用坪乡9511人，池坪乡14075人，坳坪乡8770人，竹园乡7160人，苦藤铺乡9479人，郑家村乡8802人，张家坪乡17397人，张家滩乡10006人，渭溪乡9347人，荔枝溪乡10978人，杜家坪乡6994人，楠木铺乡14357人，马底驿乡14711人，长界乡5841人，黄壤坪乡7877人，北溶乡13418人，深溪口乡10286人，肖家桥乡11317人，落坪乡6526人，大合坪乡11229人，七甲溪乡6567人，火场土家族乡6230人，军大坪乡6513人，筒车坪乡6748人，枫香坪乡6011人，陈家滩乡9985人，清浪乡14043人，桐溪乡9285人，高坪乡11407人，七甲坪乡12390人，蚕忙乡11087人，楠木乡7008人。
2003年1月6日，湖南省民政厅（湘民行发[2003]18号）批准同意沃溪镇与官庄镇合并设立新的官庄镇。2004年4月29日，湖南省民政厅（湘民行发[2004]8号）批准同意沅陵县部分乡镇行政区划调整：军大坪、筒车坪、枫香坪3乡合并设立借母溪乡；沙金滩乡与太常乡合并为立新的太常乡；落鹤坪乡与乌宿乡合并设立二酉乡；柳林汊乡与五强溪镇合并设立新的五强溪镇；蚕忙乡、楠木乡、七甲坪镇合并设立新的七甲坪镇；苦藤铺乡与沅陵镇合并为立新的沅陵镇，并将白田乡的高洲村划归沅陵镇管辖；撤销郑家村乡，将其凤凰山等6个村划归沅陵镇管辖，其余淘饭铺等5个村划归凉水井镇管辖。2004年末，沅陵县辖8个镇、31个乡、3个民族乡：沅陵镇、明溪口镇、麻溪铺镇、凉水井镇、官庄镇、五强溪镇、筲箕湾镇、七甲坪镇、太常乡、白田乡、丑溪口乡、栗坡乡、舒溪口乡、清水坪苗族乡、棋坪苗族乡、高砌头乡、用坪乡、池坪乡、坳坪乡、竹园乡、张家坪乡、张家滩乡、渭溪乡、荔枝溪乡、杜家坪乡、楠木铺乡、马底驿乡、长界乡、黄壤坪乡、北溶乡、深溪口乡、肖家桥乡、落坪乡、大合坪乡、七甲溪乡、火场土家族乡、陈家滩乡、清浪乡、洞溪乡、高坪乡、借母溪乡、二酉乡。
2005年1月6日，湖南省民政厅（湘民行发[2005]2号）批准同意撤销池坪、坳坪、竹园3个乡，设立荔溪乡；将七甲溪乡与大合坪乡合并，设立新的大合坪乡。2005年4月7日，湖南省民政厅（湘民行发[2005]11号）批准同意将栗坡乡与太常乡合并，设立新的太常乡；将白田乡与沅陵镇合并，设立新的沅陵镇；将高砌头乡与明溪口镇合并，设立新的明溪口镇；将渭溪乡、张家滩乡、张家坪乡与凉水井镇合并，设立新的凉水井镇；将长界乡与马底驿乡合并，设立新的马底驿乡；将落坪乡与北溶乡合并，设立新的北溶乡；将洞溪乡与七甲坪镇合并，设立新的七甲坪镇；将棋坪苗族乡、清水坪苗族乡与二酉乡合并，设立二酉苗族乡；用坪乡、筲箕湾镇合并设立新的筲箕湾镇；撤销舒溪口乡，将其野柘、陡滩坪、梅子山3个村划归筲箕湾镇管辖，其余的董家坪、三洲、丑溪坡、红岩、澎溪、小龙溪、小龙头、青木、炉头坳、大里溪、安龙头、舒溪口、杨溪口、曹中坪等14个村并入丑溪口乡，并将丑溪口乡更名为盘古乡；荔枝溪乡与官庄镇合并设立新的官庄镇；撤销高坪乡和黄壤坪乡；将黄壤坪乡的黄壤坪等7个村划归官庄镇管辖，其余的蒋家溪等3个村划归五强溪镇管辖；将高坪乡的鸡公岩等11个村划归清浪乡管辖，其余的辰堂溪等2个村划归五强溪镇管辖；撤销乌宿、太常村、麻溪铺、凉水井、官庄、麻伊伏、北溶、军大坪8个区公所。调整后，全县辖8个镇、15个乡（其中2个民族乡）：麻溪铺镇、五强溪镇、沅陵镇、明溪口镇、凉水井镇、七甲坪镇、筲箕湾镇、官庄镇、杜家坪乡、楠木铺乡、深溪口乡、肖家桥乡、火场土家族乡、陈家滩乡、清浪乡、借母溪乡、荔溪乡、大合坪乡、太常乡、马底驿乡、北溶乡、二酉苗族乡、盘古乡。同年将原670个村（居）调整为498个。为了方便群众办事，同时在一部分被撤乡、镇设立了办事处。
2005年末，沅陵县总人口64.76万人，其中，城镇人口14.7万人，乡村人口50.06万人；少数民族33.863万人。辖8个镇、15个乡（其中2个民族乡）：沅陵镇、五强溪镇、官庄镇、凉水井镇、七甲坪镇、麻溪铺镇、稍箕湾镇、明溪口镇、太常乡、盘古乡、二酉苗族乡、荔溪乡、马底驿乡、楠木铺乡、杜家坪乡、北溶乡、深溪口乡、肖家桥乡、大合坪乡、火场土家族乡、清浪乡、陈家滩乡、借母溪乡。共有33个居委会、465个行政村，4967个村民小组（居民小组）。
2010年第六次人口普查，沅陵县常住总人口582582人，其中，麻溪铺镇16383人，五强溪镇28158人，沅陵镇108291人，明溪口镇19525人，凉水井镇49869人，七甲坪镇37696人，筲箕湾镇27986人，官庄镇44298人，杜家坪乡6064人，楠木铺乡13271人，深溪口乡9937人，肖家桥乡10337人，火场土家族乡6900人，陈家滩乡8401人，清浪乡21247人，借母溪乡17886人，荔溪乡27647人，大合坪乡16210人，太常乡22232人，马底驿乡17726人，北溶乡17745人，二酉乡35361人，盘古乡19412人。
2015年11月26日，省民政厅（湘民行发[2015]82号）批复同意：太常乡、深溪口乡、沅陵镇共2乡1镇成建制合并设立沅陵镇。调整后，全县辖8个镇、13个乡（其中2个民族乡）：麻溪铺镇、五强溪镇、沅陵镇、明溪口镇、凉水井镇、七甲坪镇、筲箕湾镇、官庄镇、杜家坪乡、楠木铺乡、肖家桥乡、火场土家族乡、陈家滩乡、清浪乡、借母溪乡、荔溪乡、大合坪乡、马底驿乡、北溶乡、二酉苗族乡、盘古乡。总面积5852平方千米，总人口67万人。沅陵镇辖37个行政村、16个社区，面积549.46平方千米，人口17.7万人。