栒邑县因境内栒原得名。古豳（亦作邠）国，周祖先公刘居地。《诗·大雅·公刘》：“笃公刘，于豳斯馆。”在今县西南30里。周曾置邑。秦于今职田镇置栒邑县，属内史。汉属右扶风，三国魏属新平郡。西晋改名邠邑县，后废。北魏太延二年（436年）将两汉置于宁夏同心县的三水县迁境内，后又迁入高平、爰得二县。西魏大统十四年（548年）三水县治移今城关镇西北白马堡。北周撤销高平、爰得二县。
隋开皇三年（583年）属豳州；大业二年（606年）属宁州，县治移于今县北15里，三年属北地郡；义宁二年（618年）属新平郡。唐广德元年（763年）移治今县东北职田镇，元和四年（809年）复移今县旧治，属邠州。宋、金因之。蒙古至元七年（1270年）省三水县入淳化县。明成化十三年（1477年）于今城关镇复置三水县，属邠州。1913年因与广东省三水县重名，复名栒邑县。1914年属关中道。1928年直属省。
1934年冬陕甘边苏维埃政府在今后掌乡阳坡头村设新正县，在底庙镇郭村设永红县。1937年废永红县入新正县。1940年在马栏镇设陕甘宁边区关中分区，辖新正、新宁、赤水、淳耀四县。1949年5月增设马栏县，同年7月撤销新正县，9月撤销马栏县，属邠县分区。1950年属咸阳专区。1956年直属省。1958年并栒邑县入邠县，1961年复置栒邑县，属咸阳专区。1964年因栒字生僻，改栒邑县为旬邑县。1968年属咸阳地区。1983年属咸阳市。
1996年，旬邑县面积1697平方千米，人口约24.7万人。辖5个镇、12个乡：城关镇、土桥镇、张洪镇、太村镇、职田镇、清源乡、第界乡、赤道乡、原底乡、郑家乡、湫坡头乡、底庙乡、排厦乡、石门乡、丈八寺乡、后掌乡、马栏乡。县政府驻城关镇。
1997年，底庙乡改为底庙镇，郑家乡改为郑家镇，湫坡头乡改为湫坡头镇，丈八寺乡改为丈八寺镇。调整后，旬邑县辖9个镇、8个乡。
2000年第五次人口普查，旬邑县常住总人口261666人，其中：城关镇20584人，土桥镇20956人，职田镇28107人，张洪镇17772人，太村镇32789人，郑家镇19215人，漱坡头镇25272人，底庙镇18390人，丈八寺镇11543人，清塬乡9457人，第界乡1082人，石门乡690人，马栏乡4125人，后掌乡10400人，赤道乡11688人，原底乡16928人，排厦乡12668人。
2001年，撤销第界乡并入城关镇，撤销石门乡并入清塬乡，撤销马栏乡、后掌乡合并设立马栏镇。调整后，旬邑县辖10个镇、4个乡：城关镇、土桥镇、职田镇、张洪镇、太村镇、郑家镇、湫坡头镇、底庙镇、丈八寺镇、马栏镇、清塬乡、赤道乡、原底乡、排厦乡。
2006年，旬邑县总面积1787平方千米，总人口26.98万人。辖排厦、原底、赤道、清原4个乡和城关、太村、职田、张洪、土桥、底庙、湫坡头、郑家、丈八寺、马栏10个镇，187个行政村、2个社区。
2010年第六次人口普查，旬邑县常住总人口261566人，其中：城关镇32451人，土桥镇20795人，职田镇24335人，张洪镇17370人，太村镇33973人，郑家镇19439人，湫坡头镇22495人，底庙镇18212人，丈八寺镇11639人，马栏镇12608人，清塬乡10087人，赤道乡11463人，原底乡14558人，排厦乡12141人。
2011年，撤销排厦乡并入土桥镇，撤销原底乡并入张洪镇，撤销赤道乡并入太村镇，撤销清塬乡设立清塬镇。调整后，旬邑县辖11个镇：城关镇、土桥镇、职田镇、张洪镇、太村镇、郑家镇、湫坡头镇、底庙镇、丈八寺镇、马栏镇、清塬镇。
2012年末，旬邑县面积1774.4平方千米，户籍人口294421人，常住人口26.38万人。2013年末，旬邑县辖11个镇，共有2个社区、187个行政村，县政府驻城关镇。
2015年，撤销城关镇，设立城关街道；撤销丈八寺镇，并入土桥镇。调整后，旬邑县辖1个街道、9个镇：城关街道、土桥镇、职田镇、张洪镇、太村镇、郑家镇、湫坡头镇、底庙镇、马栏镇、清塬镇。