古系雍州之域，春秋为白翟（狄）地。战国魏于今丹州镇西北云岩河北设定阳邑，西汉于此设定阳县，东汉末县废，北魏复设；太安二年（456年）于今县西北增设临戎县，太和八年（484年）又增设安平县，十八年增置永宁县。西魏初撤销临戎县；大统二年（536年）于薛河川（今县西北）增设永平县；三年将永平县更名为云岩县，并在义川河流域，今县东北黄河西岸的郭下村附近，析永宁县地增设义川县，并兼为义川郡治，于三堡镇（今牛家佃乡固州）析鄜、延二州地置汾州；九年云岩县治迁桑枢原；十三年将永宁县改名为太平县。西魏时又于安平县兼置乐川郡。废帝三年（554年）因与河东汾州同名，改汾州为丹州。
北周改义川郡及义川县为丹阳郡及丹阳县，又改安平县为汾川县。隋开皇元年（581年）复名义川县，三年撤销丹阳郡、乐川郡，云岩县治迁乐川郡旧治，十八年更太平县为咸宁县；大业二年（606年）撤销云岩县，三年撤销丹州；义宁元年（617年）复设丹阳郡，并将义川县治迁至州治。唐武德元年（618年）改丹阳郡为丹州，于回城堡垒析义川县地复设云岩县，永徽二年（651年）丹州、义川县治迁赤石川（即今县治），咸亨四年（673年）云岩县治迁库利川（今云岩镇）。
北宋太平兴国元年（976年）因避赵匡义名讳，改义川县为宜川县；三年撤销咸宁县。熙宁三年（1070年）撤销汾川县；七年降云岩县为镇，辖地并入宜川县。元属延安路。明、清属延安府。1914年属榆林道。1928年直属陕西省。1935年属陕西省第三行政督察区。1939年陕甘宁边区曾于境内设红泉、红宜二县，后合并为固临县。1948年仍为宜川县，属黄龙分区。1950年5月属属延安分区，10月属延安专区。1958年撤销黄龙县后部分辖地并入。1961年复设黄龙县后原并入宜川县辖地划出后成今境，属延安专区。1968年属延安地区。1996年属延安市。
1950年全县设城市、丹阳、富云、永康、白水、河清6区，区辖35乡。1952年增设殿头区，原6区改称和平区、交里区、云岩区、良子伸区、寿峰区、集义区。1956年3月，黄龙县观亭、刘庄2乡及砖庙梁乡梨树窑、桦树窑、头过窑、白家原等18个自然村归宜川县；同年，撤和平区，城关、程落、茹坪、观亭4乡属县政府，殿头区并入云岩区。1957年，撤交里区。
1958年9月，废区乡建公社，全县设城关、交里、英旺、云岩、殿头、郭下、良子伸、寿峰、鹿川、集义10个公社；10月，鹿川公社并入寿峰公社；12月，黄龙县撤销，石堡、圪台街、小寺庄、崾崄、瓦子街、砖庙梁6个公社并入宜川县。全县设城关、云岩、殿头、郭下、良子伸、交里、英旺、集义、寿峰、石堡、崾崄、圪台街12个公社。郭下、良子伸、石堡3个公社改称壶口、秋林、黄龙公社，辖地为今宜川县地及黄龙县石堡、崾崄、小寺庄、瓦子街、圪台街、砖庙梁6乡（镇）。
1961年5月，调整为城关、英旺、交里、孟长镇、云岩、八十亩滩、殿头、阁楼、壶口、高柏、秋林、甘草、冯家岭、寿峰、薛家坪、鹿川、集义、石台寺、圪台、砖庙梁、石堡、崾崄、小寺庄23个公社，6月增设牛家佃公社；9月恢复黄龙县，石堡、圪台、砖庙梁、崾崄、小寺庄5个公社归黄龙县。1962年7月，瓦子街、袁垛、任家湾3个生产大队亦归黄龙县。
1964年5月，设城关镇。1965年9月，全县设城关镇，党湾、英旺、高柏、鹿川、集义、寿峰、云岩、牛家佃、新市河、阁楼、交里、秋林、壶口14个公社，辖地为今宜川县地。1982年，城关镇改称丹州镇。1984年撤公社设乡（镇），云岩、集义公社改为镇，其余11个公社均改为乡，共3镇11乡，207个行政村。1988年，全县设丹州、集义、云岩3镇及英旺、交里、高柏（九郎庙）、秋林、阁楼、寿峰（寺里）、壶口（桑柏村）、鹿川（官庄村）、党湾、新市河、牛家佃11乡，共23321户，99299人。
1996年，宜川县面积2911平方千米，共28731户，113562人。辖3个镇、11个乡：丹州镇、云岩镇、集义镇、牛家佃乡、英旺乡、交里乡、新市河乡、秋林乡、党湾乡、寿峰乡、鹿川乡、高柏乡、壶口乡、阁楼乡。共有6个居委会、214个行政村。县政府驻丹州镇。
1998年，秋林乡改为秋林镇，阁楼乡改为阁楼镇。调整后，宜川县辖5个镇、9个乡。
2000年第五次人口普查，宜川县常住总人口111685人，其中：丹州镇22740人，秋林镇7956人，云岩镇12801人，阁楼镇6492人，集义镇7983人，党湾乡11272人，英旺乡5671人，交里乡6347人，牛家佃乡8970人，新市河乡6353人，高柏乡4851人，壶口乡4673人，鹿川乡1135人，寿峰乡4441人。
2001年，撤销党湾乡并入丹州镇。区划调整后，宜川县辖5个镇、7个乡：丹州镇、秋林镇、云岩镇、阁楼镇、集义镇、英旺乡、交里乡、牛家佃乡、新市河乡、高柏乡、壶口乡、寿峰乡。
2010年第六次人口普查，宜川县常住总人口117203人，其中：丹州镇47205人，秋林镇8766人，云岩镇10896人，阁楼镇6776人，集义镇6983人，英旺乡5201人，交里乡6124人，牛家细乡7467人，新市河乡5371人，高柏乡4186人，壶口乡4152人，寿峰乡4076人。
2011年，撤销新市河乡并入云岩镇，撤销高柏乡、壶口乡合并设立壶口镇，撤销寿峰乡并入集义镇。调整后，宜川县辖6个镇、3个乡：丹州镇、秋林镇、阁楼镇、集义镇、云岩镇、壶口镇、英旺乡、交里乡、牛家佃乡。
2012年末，宜川县面积2937.2平方千米，户籍人口122279人，常住人口11.79万人。2013年末，宜川县辖6个镇、3个乡，共有4个社区、202个行政村，县政府驻丹州镇。
2015年，撤销阁楼镇，并入云岩镇；撤销牛家佃乡，并入秋林镇；撤销丹州镇，设立丹州街道。调整后，宜川县辖1个街道、4个镇、2个乡：丹州街道、秋林镇、集义镇、云岩镇、壶口镇、英旺乡、交里乡。