永嘉县历史悠久，新石器时代晚期就有先民在这里生息繁衍。

夏、商、周，称瓯地。春秋时，先后属徐国、越国,今楠溪河岙尚存一处徐偃王庙遗址。

秦统一六国，征服东瓯、闽越，建立闽中郡。汉初，越王勾践后裔驺摇佐汉有功，汉惠帝三年（前192）封为东海王，都东瓯，亦称东瓯越王摇，俗称东瓯王。顺帝永和三年（138），析章安县东瓯乡置永宁县，县治设在贤宰乡（今瓯北罗浮一带）。辖区包括今温州地区，属扬州会稽郡。

三国吴大帝赤乌二年（239），析永宁县大罗山以南地置罗阳县。会稽王太平二年（257）分会稽郡东部地设临海郡，永宁县改属临海郡。东晋明帝太宁元年（323），析临海郡南部地永宁、安固、横阳、松阳四县置永嘉郡，以晋怀帝年号命名，治在永宁县。郭璞卜筑郡城于江南岸，永宁县治随之迁入。孝武帝宁康二年（374），析永宁县地置乐成县。至此，永嘉郡辖五县。

隋文帝开皇九年（589），改永宁县为永嘉县，撤安固、横阳、乐成入永嘉，属括州，治括苍。

唐高祖武德五年（622），析括州之永嘉县地置东嘉州，辖永嘉、永宁、安固、横阳、乐成五县。以永嘉县江北岸西溪乡、楠溪乡设立永宁县，治贤宰乡。

北宋太宗太平兴国三年（978），吴越国王钱俶纳土降宋之后，永嘉县楠溪中游水陆交通中心设立楠溪管界巡检司和枫林监当镇。皇祐（1049—1054）间，楠溪北部双庙前有里溪（今鲤溪）都巡检。熙宁（1068—1077）间，在东瓯国都城驿亭附近设立后江税务司。叶适《登北务后江亭赠郭希吕》诗：“何必随逐栏头奴，日招税钱三百万。前灵运，后延年，桑麻旧国常宛然。”宋政和四年（1114），县境西界瓯江边设立白沙镇（巡检司）。南宋建炎间，温州设立十三寨驻兵，瓯江沿线有梅岙寨，楠溪中游枫林镇有管界寨。

历宋元明清，永嘉县境未变。清雍正十三年（1735），永嘉县丞署移驻枫林镇。同治六年（1867），温州府同知守备衙门移驻枫林镇。

1948年8月1日，永嘉县的温溪、孙坑、贵岙、黄坦、霞嵊（下嵊）5个乡和林福、界坑2乡的一部分划归青田县。

1949年5月2日，永嘉县瓯江以北成立双溪县，县政府驻岩头镇屿山脚岩头小学（今永嘉二中校园）。9月21日，双溪县复称永嘉县，移治枫林镇，县委、县政府分驻来薰路同昌堂、大门台御史祠。1950年5月，梧埏、永强、三溪、藤桥4个区复归永嘉县。6月，迁治罗浮龙桥。12月21日，迁治温州市九山。

1949年7月，仙居县解放，成立横溪区金竹乡政府，驻毛竹坑村，其中十六保黄皮、陈坑口、茶山，十七保刘山，划入永嘉县大岙乡管辖。1953 年，归属溪下乡管辖。

1958年8月，永嘉县治由温州九山迁上塘。9月1日，永强、梧埏、三溪、藤桥4个区和永中、瞿溪2个镇划归温州市管辖。1961年，青田县的西岙、石染、上横3个公社划归永嘉县管辖（上横公社划归后并入石染公社）。

1981年10月，地市合并，由市管县。2001年7月，七都镇划归温州市鹿城区管辖。2001年8月31日，桥下镇浦石村下属中央涂，位于瓯江南岸东瓯大桥西侧，人口11户，占地70亩，划给鹿城区双屿镇下寅村。