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。

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。

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。