武定县名得自元武定路名，取“武功平定”之意命名。一说“武定”系彝语，意为“彝族居住的坝子”。
先秦属古滇国。西汉元封二年（公元前109年）属益州郡；东汉属益州益州郡；三国蜀汉建兴三年（225），改益州郡为建宁郡。西晋泰始六年（270）属宁州建宁郡；东晋至南朝梁属宁州建都郡；北朝周属南宁州。隋朝为南宁州总管府昆州辖地。唐初属南宁州总管府地；贞观六年（632），属戎州都督府；开元二十九年（741），为剑南道姚州所属求州。唐南诏国时为拓东节度求州，东爨乌蛮三十七部之罗婺部分布于域内。宋大理国为罗部，属威楚府。
元宪宗七年（1257）置罗婺万户，属威楚路；至元八年（1271）改置北路，十一年（1274）更名武定路。辖和曲州、禄劝州，和曲州下辖南甸县、元谋县，禄劝州下辖易笼县、石旧县。其中元宪宗六年（1269）叵簉甸更名为和曲，二十六年（1289）置和曲州；同年置南甸县、元谋县（治五甸）、禄劝州、易笼县、石旧县。明洪武十五年（1382）改置武定府，寻改置武定军民府，属云南布政司；隆庆三年（1569）徙治狮子山；万历年间复改置武定府。辖和曲州（附郭）、元谋县、禄劝州、南甸县、易笼县、石旧县。其中南甸县于洪武十五年（1382）改属和曲州，成化十二年（1476）复直属武定府，正德元年（1506）并入和曲州；易笼县于洪武十七年（1384）省入禄劝州；石旧县于正德元年（1506）省入禄劝州。
清初沿明制，为武定军民府，辖禄劝州、和曲州及元谋县。雍正八年（1730）7月，武定军民府属迤东道（治曲靖府）。乾隆三十年（1765）武定军民府改为武定府。乾隆三十一年（1766）10月，武定府改属云武粮储道（治云南府）。乾隆三十五年（1770）2月，降武定为直隶州，裁和曲州，其地并入直隶州，并改禄劝州为县，武定直隶州仍属云武粮储道道。至清末，武定直隶州辖元谋县及禄劝县。民国二年（1913）4月，改为武定县，属滇中道；民国18年（1929），废道直属云南省。1950年，属武定专区，为专署驻地。1953年，撤销武定专区，武定县划归楚雄专区。1957年10月18日，国务院批准全体会议第58次会议决定：设置楚雄彝族自治州，武定县属楚雄州（楚雄彝族自治州1958年4月15日正式成立）。1958年10月，元谋县并入武定县。1959年11月，元谋由武定县分出，恢复县级建制。
1996年，武定县面积3322平方千米，人口约25万人，其中少数民族占总人口的51.6%。辖3个镇、10个乡：近城镇、高桥镇、猫街镇、己衣乡、万德乡、东坡傣族乡、环州乡、发窝乡、田心乡、石腊它苗族乡、插甸乡、九厂乡、白路乡。县政府驻近城镇。
2000年第五次人口普查，武定县常住总人口262601人，其中：近城镇52344人，高桥镇24710人，猫街镇25371人，九厂乡22487人，插甸乡21977人，田心乡18110人，发窝乡14604人，白路乡14322人，石腊它苗族乡10320人，万德乡16816人，己衣乡15424人，环州乡11958人，东坡傣族乡14158人。
2001年末，全县总人口261054人，其中非农业人口17957人，占6.88％；少数民族人口133256人，占51.05％。少数民族人口中，彝族75915人，占总人口的29.08％。全县辖3个镇、10个乡（其中2个民族乡）：近城镇、猫街镇、高桥镇、己衣乡、环州乡、万德乡、发窝乡、插甸乡、白路乡、田心乡、九厂乡、石腊它苗族乡、东坡傣族乡，128个村（居）委会，1578个村民小组。
2005年12月12日，云南省政府批准同意武定县撤销九厂乡，其行政区域并入近城镇，并将行政区划调整后的近城镇更名为狮山镇，镇政府驻原近城镇政府驻地；撤销石腊它乡，其行政区域并入高桥镇，镇政府驻地不变。
2006年，武定县总面积3322平方千米。总人口约27.3万人。辖3个镇、8个乡（其中1个民族乡）：狮山镇、高桥镇、猫街镇、插甸乡、田心乡、发窝乡、白路乡、万德乡、己衣乡、环州乡、东坡傣族乡。共有4个居委会、126个行政村。县政府驻狮山镇。
2010年第六次人口普查，武定县常住总人口271963人，其中：狮山镇92868人，高桥镇33758人，猫街镇26047人，插甸乡22703人，田心乡17360人，发窝乡13110人，白路乡14156人，万德乡14593人，己衣乡14235人，环州乡10189人，东坡傣族乡12944人。
2014年4月18日，省政府批复（云政复[2014]12号）同意武定县撤销插甸乡，设立插甸镇；撤销白路乡，设立白路镇；撤销己衣乡，设立己衣镇；撤销万德乡，设立万德镇。调整后，全县辖7个镇、4个乡（其中1个民族乡）：狮山镇、高桥镇、猫街镇、插甸镇、白路镇、己衣镇、万德镇、田心乡、发窝乡、环州乡、东坡傣族乡。