因居泾水之北而得名。《诗经·小雅》“侵镐及方，至于泾阳”，即此。
春秋战国时，为秦泾阳邑；曾为秦国都（在今泾干镇西）。秦始皇二年（公元前245），析池阳县置泾阳县。西汉惠帝四年（公元前191年）改置池阳县。前秦复设泾阳县，在今县东南30里，属咸阳郡。
北魏析县境北部复置云阳县（治今口镇南长街一带），属北地郡；太和二十年（496年）咸阳郡迁治池阳县。北周于云阳县治兼置云阳郡，建德中将池阳县废入泾阳县。
隋开皇三年（583年）废云阳、咸阳二郡，泾阳移治今县，与云阳改属雍州；大业三年属京兆郡。唐武德三年（620年）云阳县治迁今云阳镇；贞观元年（627年）更名池阳县，八年复名云阳县。唐代属京兆府。
五代后唐同光初云阳县改属耀州，金代复属京兆府。蒙古至元元年（1264年）降为云阳镇，并入泾阳县。明、清属西安府。1914年属关中道。1928年直属省。
1950年属咸阳专区。1953年属渭南专区。1956年直属省。1958年12月泾阳县并入三原县。1961年复置泾阳县，属咸阳专区。1968年属咸阳地区。1983年属咸阳市。
1996年，泾阳县面积792平方千米，人口48.5万人。辖辖6镇14乡：泾干镇、永乐镇、云阳镇、桥底镇、口镇、王桥镇、白王乡、兴隆乡、太平乡、中张乡、扫宋乡、燕王乡、蒋路乡、蒋刘乡、雪河乡、姚坊乡、龙泉乡、三渠乡、崇文乡、高庄乡。县政府驻泾干镇。
1997年，太平乡改为太平镇，三渠乡改为三渠镇，白王乡改为白王镇，高庄乡改为高庄镇，中张乡改为中张镇，兴隆乡改为兴隆镇。调整后，泾阳县辖12个镇、8个乡。
2000年第五次人口普查，泾阳县总人口485791人，其中：泾干镇54302人，永乐镇30189人，云阳镇30666人，桥底镇32342人，王桥镇26753人，口镇24176人，中张镇23170人，三渠镇24930人，高庄镇16660人，兴隆镇17035人，白王镇22985人，太平镇30491人，姚坊乡14173人，雪河乡19292人，崇文乡20673人，蒋刘乡11395人，燕王乡19089人，扫宋乡24551人，蒋路乡21044人，龙泉乡21875人。
2001年，撤销姚坊乡并入泾干镇，撤销扫宋乡并入云阳镇，撤销雪河乡并入三渠镇，撤销蒋刘乡并入高庄镇，撤销并入。调整后，泾阳县辖12个镇、4个乡：泾干镇、永乐镇、云阳镇、桥底镇、王桥镇、口镇、中张镇、三渠镇、高庄镇、兴隆镇、白王镇、太平镇、崇文乡、燕王乡、蒋路乡、龙泉乡。
2006年，全县总面积778平方千米，总人口50.01万人。辖泾干、永乐、云阳、桥底、三渠、太平、中张、高庄、兴隆、白王、口镇、王桥12个镇和燕王、崇文、蒋路、龙泉4个乡，231个行政村、8个社区。
2010年第六次人口普查，泾阳县常住总人口487749人，其中：泾干镇100518人，永乐镇31014人，云阳镇54539人，桥底镇28920人，王桥镇24982人，口镇22814人，中张镇21462人，三渠镇39000人，高庄镇28915人，兴隆镇15935人，白王镇19167人，太平镇27853人，崇文镇20515人，燕王乡15650人，蒋路乡18736人，龙泉乡17729人。
？年，撤销崇文乡，设立崇文镇。2011年，撤销龙泉乡、蒋路乡合并设立安吴镇，撤销白王镇并入兴隆镇，撤销燕王乡并入中张镇。调整后，泾阳县辖13个镇：泾干镇、永乐镇、云阳镇、桥底镇、王桥镇、口镇、三渠镇、高庄镇、太平镇、崇文镇、安吴镇、中张镇、兴隆镇。
2012年末，泾阳县面积776.8平方千米，户籍人口529440人，常住人口49.16万人。2013年末，泾阳县辖13个镇，共有8个社区、231个行政村，县政府驻泾干镇。
2015年，撤销泾干镇，设立泾干街道。调整后，全县辖1个街道、12个镇。