西汉设船司空县，东汉末因黄河南泻，先名冲关，后因关西一里有潼水而改名潼关。据《水经注》：“河在关门南流，潼激关山，因谓之潼关。”《元和郡县志》：“关西一里有潼水，因以名关”。唐为华阴县地，天授二年（691年）于关口（今县西北）析华阴县地设潼津县，长安中复废入华阴县。直至明代，属县随华阴县辖地变更。明洪武七年（1374年）在今港口镇设潼关守御千户所，九年改潼关卫。
清雍正四年（1726年）复析华阴县东部地于潼关（今港口镇）设潼关县，属华州，十三年改属同州府；乾隆十二年（1747年）改为潼关厅。1913年废厅复设潼关县。1914年属关中道。1928年直属省。1950年属渭南专区。1956年属省。1958年并入渭南县。1961年分出复设，县驻地由老潼关（今港口镇）移至吴村（今城关镇）。1969年属渭南地区。1994年属渭南市。
1949年5月解放后，废保甲制度，全县设7区36乡。1951年5月设一、二、三、四、五区，共辖34个乡。1955年11月撤区并乡，设吊桥、南头、吴村、安乐、李家村、太要、代字营、南营、十里铺9乡和城关镇，乡辖若干初级社。到1956年，乡辖72个高级社，镇辖5个居民区。1957年因建三门峡水库，库区的古槐、先进、公联等社农民外迁，社撤，加之其它原因，全县剩58个高级社。1958年，辖城关镇和红旗、东风、秦岭（不久并入超英）、超英、卫星、东方红6个公社，将58个高级社改为58个生产大队，分属各公社。
1958年12月，潼关县并入渭南县后，设潼关公社，原1镇5社改设城关、高桥、吴村、安乐、李家村、太要、代字营、南头8个管理区，辖76个生产大队和5个居民区。1961年8月，潼关县建制恢复后，调整为城关镇和吴村、安乐、港口、南头、代字营、太要、李家村7个公社，下辖12个居委会、81个生产大队，492个生产队。1983年调整为82个生产大队。
1984年废社设乡：全县辖城关镇、太要镇、港口镇、吴村乡、安乐乡、高桥乡、南头乡、代字营乡、李家村乡，15个居（家）委会、82个村委会，512个村民小组，其中城关镇辖11个居（家）委会。
1988年，撤销李家村乡设立桐峪镇。1990年，全县辖城关、港口、太要、桐峪4镇和高桥、吴村、安乐、代字营、南头5乡，9个居委会、82个行政村。
1996年，潼关县面积526平方千米，人口约13.8万人。辖4个镇、5个乡：城关镇、太要镇、桐峪镇、港口镇、城郊乡、安乐乡、高桥乡、代字营乡、南头乡。县政府驻城关镇。
2000年第五次人口普查，潼关县常住总人口147833人，其中（5个镇、5个乡）：城关镇25863人，港口镇10917人，太要镇25261人，桐峪镇17606人，秦东镇6083人，城郊乡12411人，安乐乡12105人，高桥乡13601人，南头乡11694人，代字营乡12292人。
2002年1月，撤销城郊乡并入城关镇，撤销港口镇并入秦东镇。调整后，潼关县辖4个镇、4个乡：城关镇、秦东镇、太要镇、桐峪镇、安乐乡、高桥乡、南头乡、代字营乡。
2009年，撤销代字营乡设立代字营乡（8月6日正式实施）。
2010年第六次人口普查，潼关县常住总人口155463人，其中：城关镇49802人，秦东镇17866人，太要镇25632人，桐峪镇12628人，代字营镇11574人，安乐乡10919人，高桥乡14662人，南头乡12380人。
2011年，撤销高桥乡并入秦东镇和城关镇，撤销南头乡并入代子营镇。调整后，潼关县辖5个镇、1个乡：城关镇、秦东镇、太要镇、桐峪镇、代字营镇、安乐乡。2012年末，潼关县面积428.6平方千米，户籍人口165332人，常住人口15.66万人。
2013年8月30日，正式撤销安乐乡，设立安乐镇。2013年末，潼关县辖6个镇：桐峪镇、太要镇、城关镇、秦东镇、代字营镇、安乐镇，共有14个社区、78个行政村，县政府驻城关镇。
2015年，撤销安乐镇、城关镇，合并设立城关街道。将全县原有93个村（社区）调整为18个行政村、10个社区。其中，太要镇将12个行政村（社区）调整为2个行政村、2个社区，桐峪镇将11个行政村调整为2个行政村、2个社区，秦东镇将17个行政村调整为3个行政村、1个社区。