春秋战国称雕阴邑，秦置雕阴县。北魏在今县西北石门村增设石门县，神龟元年（518年）在今县西北置因城县，并置上郡。西魏废帝三年（554年）废上郡，又废石门县入因城县。唐武德元年（618年）分洛交县地于伏陆城（即今县城）增设伏陆县；二年因城县移治金城镇并更县名为金城县。
天宝元年（742年）以县南五里谷崖上的甘泉改伏陆县为甘泉县，《太平寰宇记》甘泉县：“以其泉甘美为名”；改金城县为敷政县。蒙古至元六年（1269年）废敷政县入安塞县。1914年属榆林道。1928年直属省。
1934年土地革命时增设甘洛县，于县西府君店（今属桥镇乡）建立甘泉县革命委员会，1935年11月改为甘泉县苏维埃政府。1936年移治今城关镇，同时甘洛县并入。1948年2月成立甘泉县人民政府。
1949年属陕北行署区。1950年5月属延安分区，10月属延安专区。1958年12月撤销甘泉县，辖地并入延安县。1961年9月以原辖地复设甘泉县，属延安专区。1968年属延安地区。1996年属延安市。
1950年全县设4区19乡。1961年恢复甘泉县，设甘泉、道镇、府村、王坪、劳山、下寺湾、桥镇7个公社。1984年，撤公社设乡镇，设城关镇和桥镇、下寺湾、雨岔、石门、高哨、劳山、道镇、东沟8乡。1988年有14796户，61585人。
1996年，甘泉县面积2284.7平方千米，人口18716户72721人。辖1镇8乡：城关镇、劳山乡、桥镇乡、雨岔乡、下寺湾乡、石门乡、高哨乡、道镇乡、东沟乡，共有116个行政村、5个居委会。县政府驻城关镇。
1998年，下寺湾乡改为下寺湾镇，道镇乡改为道镇镇。调整后，甘泉县辖3个镇、6个乡：城关镇、下寺湾镇、道镇镇、桥镇乡、东沟乡、高哨乡、石门乡、雨岔乡、劳山乡。（116个行政村）
2000年第五次人口普查，甘泉县常住总人口76705人，其中：城关镇27934人，下寺湾镇7215人，道镇镇11656人，桥镇乡4885人，雨岔乡2491人，石门乡7462人，高哨乡5332人，劳山乡5631人，东沟乡4099人。
2001年，撤销雨岔乡并入下寺湾镇。调整后，甘泉县辖3个镇、5个乡：城关镇、下寺湾镇、道镇镇、桥镇乡、石门乡、高哨乡、劳山乡、东沟乡。
2010年第六次人口普查，甘泉县常住总人口77188人，其中：城关镇38142人，下寺湾镇10751人，道镇8959人，桥镇乡4292人，石门乡4708人，高哨乡3569人，劳山乡4376人，东沟乡2391人。
2011年，撤销高哨乡并入城关镇，撤销东沟乡建并入道镇镇。调整后，甘泉县辖3个镇、3个乡：城关镇、下寺湾镇、道镇、桥镇乡、石门乡、劳山乡。
2012年末，甘泉县面积2276.1平方千米，户籍人口89197人，常住人口7.78万人。2013年末，甘泉县辖3个镇、3个乡，共有4个社区、116个行政村，县政府驻城关镇。
2015年，撤销城关镇，设立美水街道；将原城关镇的雷家沟、圪崂、高哨、南沟门、油粉、和平、枣林、寺沟、新民、雷村、新河、岳屯、汪屯、石桥峪14个村划归石门乡，撤销石门乡，设立石门镇。调整后，甘泉县辖1个街道、3个镇、2个乡：美水街道、下寺湾镇、道镇、石门镇、桥镇乡、劳山乡。