秦、汉时为高奴县地，后为匈奴所据。北魏太平真君十二年（451年）于境内设启宁县，隋开皇三年（583年）废入广洛县。北宋太平兴国二年（977年）于今县城置保安军。金大定十二年（1172年）改设保安县；二十二年升为州。蒙古至元六年（1269年）复为保安县。1914年属榆林道。1928年直属省。
1934年11月改名赤安县。1936年6月为纪念刘志丹烈士，改名志丹县。1949年属陕北行政区。1950年5月属延安分区，10月属延安专区。1958年12月，吴旗县撤销，辖地并入志丹县。1968年属延安地区。1996年属延安市。
1950年，吴旗、白豹、水泛3区归吴旗县。全县设太平、槐树渠、永宁、旦八、金鼎、顺宁6区。太平区辖寺台、城市、墩梁、孙岔、苟河5乡。槐树渠区辖侯市、郝家沟、大高山、孟坬、贺渠5乡。永宁区辖鹞子川、石畔、小崖窑、杨城、段家湾5乡。旦八区辖旦八、樊川、义正、麻台、麻子沟5乡。金鼎区辖金鼎、东沟湾、吴堡、罗坪、金汤5乡。顺宁区辖顺宁、宋庄、丁岔、双杨、刘坪5乡。
1952年8月，新设纸坊区，下辖徐塌、石岔、老庙河、刘河4乡，全县共设7区34乡。1956年3月，雁轱辘塘、高湾、罗李坬、段家峁、菜子圪堵、胡麻地嘴、薛家河坬、阎家庙、小李圪凹、介渠湾、阎家圪堵、柳树圪、杨窑则、常梁坬14个村划归靖边县；古庄窠、韩崾崄2个村划归安塞县；杨坬沟、小木涧、高楼坬3个村划归吴旗县；靖边县的牛嘴沟、王家湾、庙家河、罗山、马台则、麻台则、大盐店7个村及吴旗县的刘兴庄、河石湾2个村划归志丹县，辖地为今志丹县地。
1958年12月，全县改设城市、侯市、杏河（槐树渠）、顺宁（高家湾）、永宁（腰子川）、旦八、金鼎、吴旗镇、白豹、长官庙、铁边城、蔡家砭、周家湾13个公社，辖地为今志丹、吴旗2县地。1961年9月，原吴旗县辖地划出后，全县设城关、双河、永宁、旦八、金鼎、义正、吴堡、纸坊、顺宁、杏河、张渠、侯市、三台13个公社。1964年8月成立城关镇。1965年10月撤三台公社。1971年恢复市镇公社。1972年9月侯市公社并入杏河公社，1980年恢复侯市公社。
1983年8月成立城关乡（后改称周河乡）。1984年3月，撤公社设乡（镇）。1988年，全县辖保安、杏河、旦八3镇及周河（县城）、顺宁（高家湾）、张渠、纸坊、双河、吴堡（双庙）、义正、侯市、金鼎、永宁（刘家河）10乡，共19362户，94895人。
1996年，志丹县面积3781平方千米，人口27790户，115345人。辖3个镇、10个乡：保安镇、旦八镇、杏河镇、周河乡、顺宁乡、纸坊乡、双河乡、永宁乡、候市乡、吴堡乡、义正乡、金鼎乡、张渠乡，共有189个行政村、3个居委会。县政府驻保安镇。
1998年，顺宁乡改为顺宁镇，永宁乡改为永宁镇，金鼎乡改为金鼎镇。调整后，志丹县辖6个镇、7个乡，191个行政村。
2000年第五次人口普查，志丹县常住总人口124449人，其中：保安镇22548人，杏河镇10452人，顺宁镇9509人，旦八镇9998人，金鼎镇11284人，永宁镇10837人，周河乡9754人，双河乡8733人，纸坊乡5586人，义正乡8659人，吴堡乡4504人，张渠乡7753人，侯市乡4832人。
2001年，撤销周河乡并入保安镇，撤销侯市乡并入杏河镇。区划调整后，志丹县辖6个镇、5个乡：保安镇、杏河镇、顺宁镇、旦八镇、金丁镇、永宁镇、双河乡、纸坊乡、义正乡、吴堡乡、张渠乡。
2010年第六次人口普查，志丹县常住总人口140489人，其中：保安镇60371人，杏河镇13213人，顺宁镇8860人，旦八镇10404人，金丁镇8895人，永宁镇9533人，双河乡8384人，纸坊乡5168人，义正乡7196人，吴堡乡3679人，张渠乡4786人。
2011年，撤销吴堡乡、义正乡合并设立义正镇，撤销纸坊乡并入顺宁镇，撤销张渠乡并入杏河镇。调整后，志丹县辖7个镇、1个乡：保安镇、旦八镇、金鼎镇、永宁镇、杏河镇、顺宁镇、义正镇、双河乡。
2012年末，志丹县面积3790.2平方千米，户籍人口158457人，常住人口14.16万人。2013年末，志丹县辖7个镇、1个乡，共有5个社区、200个行政村，县政府驻保安镇。
2015年，撤销保安镇，设立保安街道；撤销双河乡，设立双河镇。调整后，志丹县辖1个街道、7个镇：保安街道、旦八镇、金鼎镇、永宁镇、杏河镇、顺宁镇、义正镇、双河镇。