夏、商、西周及春秋时代属瓯越地。

战国时期，先属越地，后归楚国。

秦代，今县境属闽中郡。

西汉初，属东瓯王国。武帝建元三年（公元前138年），东瓯王因闽越国围攻，乃举国迁徙，县境废墟。始元二年（公元前85年）置回浦县（包括今温州、台州和丽水地），隶属会稽郡，县境属回浦县地。

东汉建武六年（公元30年），回浦县并入鄞县，县境属鄞县回浦乡。后析出回浦地，建章安县，县境为章安县东瓯乡。后又析出东瓯乡，建永宁县，隶属临海郡，县境为永宁县地。

三国时，属吴国，为临海郡永宁县地。

西晋时仍为临海郡永宁县地。

东晋太宁元年（公元323年），分临海地立永嘉郡；宁康二年（公元374年）分永宁地置乐成县，县境属乐成县。

南北朝时，仍隶属乐成县地。

隋朝开皇十二年（公元592年），乐成县并入永嘉县，县境为地永嘉县。

唐朝武德五年（公元622年）析永嘉县置永宁、乐成两县，县境属乐成县地。其间析、废、置较多。会昌二年（公元842年）前，乐成县在县境置玉瑠镇。

五代时属吴越国，隶靖海军。后梁开平二年（公元908年），改乐成县为乐清县。县境属乐清县。

北宋时，县境为温州府乐清县玉环乡之一部分，隶属两浙路应道军。南宋时改温州府为瑞安府，县境为瑞安府乐清县玉环乡。

元朝时仍为乐清县玉环乡地。

明朝初期仍为乐清县玉环乡。明洪武二十年（公元1387年），因倭寇扰边，徙居民为内地，今楚门港（漩门港）以南玉环本岛等地全部被迁弃。成化十二年（公元1476年），析乐清县山门、玉环两乡6都地隶太平县，属台州府，县境港北地区归属太平县，港南地被游民私种。

清初，县境港北仍为太平县地，港南仍被游民私种。顺治十八年（公元1661年），清政府下令撤边海30里，境民全被内迁。楚门半岛地区亦遭迁弃。境内塘塌地废，一片荒芜。雍正五年（公元1727年），浙江巡抚李卫奏请展复玉环。钦准招徕沿海居民（大部分来自温州、台州两府沿海居民），报荒垦种，展复玉环，境业再衍。雍正六年（公元1728年），设玉环厅为温州分府，政务直隶省。至此，玉环始有独立行政建制。

中华民国元年（公元1912年），行道县制，玉环厅改为玉环县，属温处道（公元1914年6月改为瓯海道）。民国十六年（公元1927年），废道县制，玉环县直属省管。民国二十一年（公元1932年）建立行政督察区，属温州辖区。民国三十七年（公元1948年），县境属浙江第五行政督察区。

1949年4月7日， 玉环解放。同年4月14日，建立中共玉环县委和玉环县民主政府。同年5月12日，玉环县民主政府改为玉环县人民政府。中华人民共和国建立后，亦称玉环县，属台州专区。玉环县下辖5个区49个乡镇。

1953年5月，洞头、大门2区19乡镇析出建洞头县（今温州市洞头区）。

1958年7月，洞头县建制撤销，属地重归玉环县。

1959年4月，玉环县建制撤销，洞头、大门2个人民公社划归温州，其余并入温岭县，仍属温州辖区。

1962年4月，玉环县建制恢复（不含洞头县地），属台州辖区。 [7-8] 

2017年4月，经国务院批准，同意撤销玉环县，设立县级玉环市，以原玉环县的行政区域为玉环市的行政区域。玉环市由浙江省直辖， 台州市代管。 [9-10]