三台县政区建置历史悠久。春秋战国时为蜀国酋长郪王国辖地。西汉高祖六年（前201）设郪县，治地今郪江镇。南朝刘宋元嘉九年（432）分广汉郡置新城郡，建北伍城县，郡县治今潼川镇，以伍城水为县名。郪县仍属广汉郡，治地在今县南郪江镇。南齐增置始平僚郡于今县北境，无属县，郪县仍属广汉郡，北伍城县仍属新城郡。南梁改始平僚郡为始平郡，分涪县置始平县，治地今花园镇；撤郪县并入北伍城县。梁末于新城郡置新州，州郡同治北伍城县。北朝西魏改北伍城县为新城县，恭帝三年（556）改为昌城县，同时于新州置昌城郡。北周改始平县为涪城县。

隋开皇十八年（598）废昌城郡改新州为梓州（以梓潼水命名），治城今潼川镇；大业三年（607）改梓州为新城郡，改昌城县为郪县，郪县为郡治。武德元年（618）改新城郡为梓州，天宝元年（742）改为梓潼郡，至德二年（757）于梓潼郡置剑南东川节度，乾元元年（758）改梓潼郡为梓州，郪县仍为州治，同时为剑南东川节度使治所。五代前蜀永平四年（914）改剑南东川节度为武德军节度，以梓州为治所。北宋初年，称梓州、梓潼郡，剑南东川节度；乾德四年(966)，改武德军为静戎军，太平兴国三年（978）改为静安军，端拱二年（989）改静安军为东川节度。北宋咸平四年(1001)分峡路置益、梓、利、夔四路。梓州路治梓州，辖十一州、二军、一监，49县。大中祥符四年（1011）改东川节度为静安军节度，元丰三年（1080），改静安军节度为剑南东川节度。梓州路、剑南东川节度（东川节度、静安军节度）、梓州同治郪县。重和元年（1118），升梓州为潼川府，梓州路改为潼川府路。郪县、涪城县均属潼川府，路府均治郪县（1170年，潼川府路治所迁泸州）。蒙古中统二年（1261），改潼川府路为潼川路，郪县、涪城县均属潼川府，潼川府属潼川路。元朝至元二十年（1283）撤潼川路，撤涪城县并入郪县。郪县仍属潼川府。明朝洪武九年（1376）改潼川府为潼川州，同时撤郪县并入潼川州，州隶属四川行省。清雍正十二年（1734）升潼川州为潼川府，以潼川州本州置三台县，为附郭首县，县名以城西三台山得名，沿用至今。

民国2年（1913）撤潼川府，三台县隶属川北道（治地今阆中）。民国24年四川省建立行政督察区，三台县隶属第十二行政督察区。

1949年12月29日，三台县解放。1950年1月1日，三台县人民政府成立，隶属遂宁专区。1958年10月18日，撤遂宁专区，三台县隶属绵阳专区。1985年2月8日，撤销绵阳地区，成立绵阳市，三台县隶属绵阳市。1992年9月5日，撤区并乡建镇，全县调整为30个镇10个乡。2000年1月，三台县调设为41个镇、22个乡。2017年12月，三台县调设为49个镇，13个乡，1个街道办事处。2019年12月，三台县乡镇行政区划调整为2个乡，31个镇。