秦代在县北部云阳宫旁设云阳县，属内史。西汉后元二年（公元前87年）置云陵县，二县俱属左冯翊；东汉废云陵县。三国魏罢云阳县，改设抚夷护军，西晋废。前秦苻坚在县东部今固贤增设三原护军，北魏太平真君七年（446年）废，于此设三原县，永安元年（528年）县治迁今三原县境。北宋淳化四年（993年）析云阳县地于梨园镇（今城关镇）置淳化县，以“淳化”年号为名。金、元、明、清属邠州。1914年属关中道。1928年直属省。
1934年中共陕甘特委在县北山马家设赤淳县，1935年改名赤水县，同时在安社村又设立淳耀县，属关中特区。1943年淳耀县迁今耀州区庙湾镇。1940年属关中分区。1949年省赤水县入淳化县，属三原分区。1950年属咸阳专区。1953年属宝鸡专区。1956年直属省。1958年并入三原县，1961年复设淳化县，属咸阳专区。1968年属咸阳地区。1983年属咸阳市。
1996年，淳化县面积965平方千米，人口约17.7万人。辖1个镇、19个乡：城关镇、大店乡、南村乡、方里乡、固贤乡、夕阳乡、石桥乡、铁王乡、秦河乡、安子哇乡、润镇乡、车坞乡、卜家乡、十里塬乡、马家乡、北城堡乡、官庄乡、胡家庙乡、黄甫乡、秦庄乡。县政府驻城关镇。
1997年，方里乡改为方里镇，润镇乡改为润镇镇，马家乡改为马家镇，官庄乡改为官庄镇。调整后，淳化县辖5个镇、15个乡。
2000年第五次人口普查，淳化县常住总人口186867人，其中：城关镇19281人，官庄镇16170人，马家镇13717人，方里镇14223人，润镇15920人，黄甫乡6632人，胡家庙乡9716人，北城堡乡4277人，十里塬乡13290人，卜家乡8437人，车坞乡7641人，南村乡4433人，大店乡6155人，石桥乡7730人，秦河乡5632人，铁王乡7825人，安子哇乡2349人，夕阳乡7193人，秦庄乡7796人，固贤乡8450人。
2001年，撤销南村乡并入城关镇，撤销夕阳乡并入方里镇，撤销安子哇乡并入秦河乡，撤销北城堡乡并入十里塬乡，撤销黄甫乡并入胡家庙乡。调整后，淳化县辖5个镇、10个乡：城关镇、官庄镇、马家镇、方里镇、润镇、胡家庙乡、十里塬乡、卜家乡、车坞乡、大店乡、石桥乡、秦河乡、铁王乡、秦庄乡、固贤乡。
2006年，全县总面积976平方千米，总人口19.84万人。辖胡家庙、十里原、卜家、车坞、铁王、秦河、大店、石桥、秦庄、固贤10乡和官庄、马家、润镇、城关、方里5镇，204个行政村、2个社区。
2010年第六次人口普查，淳化县常住总人口193377人，其中：城关镇32419人，官庄镇17588人，马家镇14688人，方里镇20867人，润镇17457人，胡家庙乡15453人，十里塬乡14904人，卜家乡8371人，车坞乡7537人，大店乡6211人，石桥乡6784人，秦河乡8112人，铁王乡7090人，秦庄乡7719人，固贤乡8177人。
2011年，撤销大店乡、车坞乡合并设立车坞镇，撤销铁王乡、秦河乡合并设立铁王镇，撤销秦庄乡、石桥乡合并设立石桥镇，撤销胡家庙乡设立胡家庙镇，撤销十里塬乡设立十里塬镇，撤销固贤乡设立固贤镇，撤销卜家乡设立卜家镇。调整后，淳化县辖12个镇：城关镇、官庄镇、马家镇、方里镇、润镇、车坞镇、铁王镇、石桥镇、胡家庙镇、十里塬镇、卜家镇、固贤镇。
2012年末，淳化县面积982.5平方千米，户籍人口200235人，常住人口19.45万人。2013年末，淳化县辖12个镇，共有3个社区、204个行政村，县政府驻城关镇。
2015年，撤销城关镇，设立城关街道；撤销固贤镇，并入方里镇；撤销卜家镇，并入润镇；撤销胡家庙镇，并入官庄镇；撤销马家镇，并入十里塬镇；将车坞镇的孟庄、辛庄、谋庄、沟圈4个村划归石桥镇。调整后，淳化县辖1个街道、7个镇：城关街道、官庄镇、方里镇、润镇、车坞镇、铁王镇、石桥镇、十里塬镇。