春秋战国时期辟为无邑，公元586年置无棣县。据《太平寰宇记》：“隋开皇六年置。取县南无棣沟为名。”1265年将无棣县分为东西二县，县境为东无棣县。明清属海丰县，1914年复名无棣县。
1994年9月28日，撤销马山子乡，设立马山子镇。1994年10月24日，撤销埕口乡，设立埕口镇。
1996年，无棣县面积1940平方千米，人口约41.2万人。辖6个镇、12个乡：无棣镇、小泊头镇、大山镇、水湾镇、马山子镇、埕口镇、信阳乡、车镇乡、东风港乡、大杨乡、梁郑王乡、柳堡乡、常家乡、庞家集乡、佘家巷乡、西小王乡、邓王乡、河沟乡。县政府驻无棣镇。
1997年2月25日，撤销河沟乡，将其行政区域并入无棣镇；撤销庞家集乡，将其行政区域并入水湾镇；撤销梁郑王乡，将其行政区域并入小泊头镇；撤销大杨乡，将其行政区域并入车镇乡；撤销常家乡，将其行政区域并入柳堡乡；撤销邓王乡，将其行政区域并入马山子镇（鲁政函民字[1997]8号）。2000年，无棣县辖6个镇、5个乡。
2000年第五次人口普查，无棣县常住总人口423113人，其中：无棣镇86719人，水湾镇52108人，大山镇24435人，小泊头镇42354人，埕口镇25078人，马山子镇27898人，信阳乡33532人，车镇乡47939人，柳堡乡30067人，西小王乡18902人，余家巷乡34081人。
2004年，全县辖6个镇、5个乡：无棣镇、水湾镇、小泊头镇、埕口镇、马山子镇、碣石山镇、信阳乡、车镇乡、柳堡乡、西小王乡、佘家巷乡。共有3个居委会、593个行政村，568个自然村。县政府驻无棣镇中心大街129号。
2010年第六次人口普查，无棣县常住总人口418687人，其中：棣丰街道26206人，海丰街道81452人，水湾镇48535人，碣石山镇22970人，小泊头镇36122人，埕口镇23950人，马山子镇26960人，车王镇43878人，柳堡镇30119人，信阳乡30071人，西小王乡19704人，佘家巷乡28720人。
2010年6月，经省政府和滨州市政府批准：撤销无棣镇，以其原行政区域及信阳乡部分行政区域设立海丰街道和棣丰街道；撤销柳堡乡、车镇乡，设立柳堡镇、车王镇。2011年，撤销佘家巷乡，设立佘家镇。2012年，撤销信阳乡，设立信阳镇。2013年，撤销西小王乡，设立西小王镇（鲁政函民字[2013]45号）。
至此，全县辖2个街道、10个镇：棣丰街道、海丰街道、水湾镇、碣石山镇、小泊头镇、埕口镇、马山子镇、车王镇、柳堡镇、佘家镇、信阳镇、西小王镇。其中，马山子镇委托滨州市北海新区管理。