夏商时代沔地属梁州；西周时属雍州；东周至春秋时属蜀；战国时属白马氐东境；秦统一后设全国为三十六郡，沔属汉中郡；西汉初始建沔阳县（治所今勉阳镇旧州铺），属益州汉中郡；东汉献帝初平二年（191），张鲁占据汉中，改汉中郡为汉宁郡，属汉宁郡；北魏时分沔阳县，东设华阳县，西设沔阳县和嶓冢县；隋撤沔阳县、华阳县，并入嶓冢县；隋大业三年（607），改嶓冢县为西县，治所未变，属汉中（汉川）郡；南宋开禧三年（1207）改兴州为沔州；西县属沔州；元至元二十年（1283）移沔州治于今旧州铺，废西县设铎水县，属沔州；明洪武三年（1370）铎水县入沔州，四年迁沔州治于西山谷口（今武侯镇武侯街），七年（1374）降沔州为沔县，属汉中府；清（1664至1911）沔县一直属汉中府；辛亥革命后成立中华民国，1913年废府设汉中道，沔县属汉中道；1935年在汉中设陕西省第六行政督察区专员公署，沔县属之；1935年2月11日成立苏维埃县政府；1935年8月，县治由武侯街迁至菜园镇（今县城）；1949年12月8日沔县全境解放，成立沔县人民政府，属陕甘宁边区汉中分区行政督察署；后公署名称迭变，沔县均属之；1953年1月，将宝鸡市凤县二沟乡划归沔县；1954年5至6月，先后将沔县小河庙、漆树坝、房家湾乡和褒城县大河坝乡划归黎坪中心区；9月将宁强县启宁乡划归沔县；1955年4月，县人民政府更名为县人民委员会；1956年8月至10月，将沔县茶店乡黑河坝村划归略阳县，将略阳县黑河坝乡小砭河村划归沔县；1958年8月，全县设18个人民公社，下辖51个生产管理区；1958年11月，褒城县撤销，原褒城县的金泉、贾村坝、纪寨、长寨、杜寨、段家坝、老道寺、杨家湾、红庙寨、栗子坝、黑潭子11个生产管理区和同时撤销的黎坪中心区的漆树坝、唐家坝、大河坝、小河庙（包括房家湾村）4个生产管理区划归沔县；1959年2月，全县设8个公社，下辖65个生产管理区；1962年机构调整，全县设8区1镇（城关镇）、55个公社；1964年经国务院批准改“沔县”为“勉县”；1983年5月，全县设8区1镇（城关镇）、55个乡（镇）；1995年12月乡镇机构改革时，撤销8个区，全县设17个镇、13个乡；1996年汉中撤地区设市，属汉中市；2001年12月乡镇机构改革时，撤销金华庙乡、茅坝乡、火神庙乡、白云寺乡和杨家山乡5个乡，全县设17个镇、8个乡；2011年5月乡镇机构改革时，撤销二道河乡、土关铺乡、小河庙乡、小砭河乡、长林镇和黄沙镇6个乡镇，全县设19个镇，2015年6月撤销青羊驿镇，将其辖的6个村并入新铺镇；同年勉阳镇被陕西省人民政府批准为勉阳街道，全县设17个镇1个街道，沿用至今。