沂南县古属阳都，是三国时期著名政治家、军事家诸葛亮的诞生地，也是唐代著名政治家、书法家颜真卿的祖居地。史载:“阳都，临沂之上游，英贤辈出，烟水之胜，轶于江南”！
夏（公元前 21世纪～前 16世纪），今沂南地属东夷。
商（公元前 16世纪～前 1027年），今沂南地属人方。
周（公元前 1027～前 221年），西周时期，今境西部属鲁国，东部属莒国。春秋时期，部分地域为之阳国。战国时期，楚灭莒、鲁后，今境交替为楚、齐所有。公元前 223年，秦灭楚，今境东部属秦国，西部仍属齐国。
秦（公元前 221～前 206年），今境属琅琊郡莒县。
西汉（公元前 206年～公元 25年），今境大部地域属兖州城阳国：南为阳都县，北为东安县，东北部属莒县，西北部属卢县（“卢”一作“虑”）。此外，南石门乡全境及双堠、青驼两乡镇西部属兖州泰山郡华县，今境南部和东部少数地域属徐州的琅琊郡、东海郡：大王庄乡南部、蒲汪乡大部属新山县，葛沟乡南部属魏其县，青驼、高里、砖埠 3个乡镇的南部属临沂县，葛沟乡西南部属开阳县。
东汉（公元 25～ 220年），今境大部地域属徐州刺史部琅琊国，为阳都、东安、莒县、开阳、临沂等县地，少数地域属兖州刺史部泰山郡：西北部属盖县，西南部属费国（侯国，县级 ）。
三国 ·魏（220～ 265年），今境大部属徐州：南为琅琊国阳都县、临沂县地，北属东莞郡东安县；东部湖头、大王庄、蒲汪一带属青州城阳郡莒县；西南部属兖州泰山郡费县、华县。
晋朝及十六国（265～ 420年），西晋，今境大部属徐州琅琊国：今境中心地区为阳都、东安两县地，南部少数地区属华县、费县、临沂县。东北部属青州城阳郡莒县。自327年始，先后属后赵、前燕、前秦、后燕、南燕等国，政区设置均沿用西晋制度。
南北朝（420～ 581年），南朝刘宋时，今境分属徐州东安郡发干县、东莞郡莒县、琅琊郡费县。北魏时， 435年属东徐州东安郡发干县，东莞郡莒县，北徐州琅琊郡即丘县、临沂县、费县。大部地区为发干县地。 498年（太和二十二年）东徐州改称南青州。今境大部地区于 534年后属东魏南青州东莞郡，
572 年后属北齐南青州东安郡。
隋（581～ 618年），583年（开皇三年）废郡设州，今境分属莒州东莞县、莒县和沂州临沂县、费县。 584年（开皇四年），东莞县改称东安县。 596年（开皇十六年），东安县改称沂水县。 607年（大业三年）改州为郡，现境属琅琊郡的沂水、临沂、莒县、费县。
唐（618～ 907年），621年（武德四年）置沂州，今境南部属之，分隶临沂、费县。次年，今境中心地区属莒州：大部属沂水县，东部属莒县。 634年（贞观八年）撤销莒州，沂水县改属沂州（琅琊郡），东部随莒县改属密州（高密郡）。沂州、密州均属河南道。至德年间废道，今境属兖海观察使沂州。
五代（907～ 960年），政区建置基本上沿袭唐制。后梁、后唐、后晋、后汉、后周，今境均属沂州，为沂水等县地。
北宋（960～1127年），属京东东路。大半属沂州：今境中心地区属沂水县，南部属临沂县、费县。东部属密州莒县。
南宋（1127～ 1279年），1128年起，今境属金山东东路莒州（大部属沂水县，东部属莒县）和沂州（青驼一带属临沂县、费县）。1130年，金立刘豫为齐帝，今境属齐。 1137年，刘豫被废，今沂南地仍属金。 1218年， 红袄军一部的首领李全投南宋。次年，李全攻下青、莒等州，今境属南宋的京东路。 1227年（宋宝庆三年），李全降蒙古，今境属元。
元（1206～1368年），1227年始，属中书省山东东西道宣慰司益都路莒州沂水县、莒县和沂州临沂县、费县：今境大半属沂水县，东部属莒县，南部属临沂县，青驼镇西部属费县。
明（1368～1644年），1368年（洪武元年），今境分属山东行中书省青州府莒州和济宁府沂州：大半属莒州沂水县，东部直属莒州，今青驼镇东部及高里乡直属沂州，青驼镇西部属沂州费县。 1376年（洪武九年）山东行中书省改为山东承宣布政使司。沂州于 1372年（洪武五年）改属济南府， 1374年（洪武七年）改属青州府， 1385年（洪武十八年）至明末属兖州府。
清（1644～1911年），清初，今境分属山东省青州府莒州和兖州府沂州。 1724年（雍正二年），沂州升为直隶州。 1730年（雍正八年）莒州升为直隶州。1734年（雍正十二年），沂州升为府，并设附郭兰山县，莒州及所领沂水、日照、蒙阴 3县归沂州府。1735年（雍正十三年），降削莒州所领 3县。至此，今境大半地域属沂水县，今东张家哨、湖头、大王庄、蒲汪 4乡的全境及苏村镇的杨家官庄、姚家官庄，库沟乡的蔡家洼，辛集乡的高家屯、李家屯，葛沟乡的黄家屯属莒州，高里乡全境及葛沟、砖埠、青驼、双堠等乡（镇）的部分村庄属兰山县，青驼镇西部属费县。
中华民国（1912～1949年），1912年（民国元年），行政区划沿袭清末旧制。 1913年（民国2年）废府、州，沿用道制，今境属岱南道的沂水、莒县、兰山、费县。是年，兰山县改称临沂县。1914年（民国3年）岱南道改称济宁道。 1925年（民国14年），今境属琅琊道。1928年（民国17年）裁道，各县直属山东省。1936年（民国25年），各县属山东省第三区行政督察专员公署。1937年（民国26年（芦沟桥事变后，分属第三行政督察区沂水、莒县、临沂及第十五行政督察区费县。 1947年（民国36年），属第三行政督察区沂水、莒县、临沂、费县。 1948年，今沂南全境解放。
1938年，中共中央派干部来山东，开辟抗日革命根据地。1939～ 1949年，今境各地曾先后分别隶属于沂南、沂中（后改称沂水）、临沂、临费沂边联县 （后改称沂临边联）、蒙阴、费东、沂东、莒县、莒中、莒临边联等 10县。以下只介绍沂南县的建置沿革： 1939年（民国 28年）10月，建立中共南沂蒙县委。12月，建立南沂蒙联防办事处（相当于县政府）。1940年（民国 29年）3月，南沂蒙联防办事处改称沂南行署，直属山东分局。 1941年（民国 30年）2月，属沂蒙专署。 1942年（民国 31年）6月，属鲁中区行政联合办事处。1945年（民国 34年）7月，属鲁中行署。8月，省战工会改称省政府。1948年（民国 37年）7月，属鲁中南行政公署第二专署。 1949年 （民国 38年）3月，属山东省人民政府鲁中南行政公署沂蒙专署。
中华人民共和国（1949 年10 月1 日 成立），建国初，属鲁中南行政公署沂蒙专署。1950年 5月，属沂水专区。 1953年 8月，属临沂专区。1958年I1月撤销，1961年8月再置。县政府驻地界湖镇。革命战争年代，沂南成为沂蒙革命根据地的中心，被誉为 山东的“小延安”。1994 年 12月 17日 ，临沂市撤地设市，属临沂市。1997年12月26日，撤销双堠乡，设立双堠镇（鲁政函民字[1997]48号）。
2000年，沂南县辖15个镇、13个乡。总人口869535人，各乡镇人口： 界湖镇 113308、岸堤镇 37045、孙祖镇 22006、双堠镇 28222、青驼镇 37193、张庄镇 44518、砖埠镇 38118、葛沟镇 36239、杨家坡镇 28401、大庄镇 42454、辛集镇 25568、蒲汪镇 31733、湖头镇 26688、苏村镇 53763、铜井镇 44686、依汶乡 22792、朱家里庄乡 25409、马牧池乡 30240、中高湖乡 13496、代庄乡 17479、南石门乡 12341、高里乡 19249、河阳乡 14550、库沟乡 27652、大王庄乡 20621、东张家哨乡 20025、鲁庄乡 12992、独树乡 22747。 （根据第五次人口普查数据；单位：人）。
2000年12月29日，撤销独树乡，将其行政区域并入界湖镇；撤销河阳乡，将其行政区域并入大庄镇；撤销高里乡，将其行政区域并入青驼镇；撤销中高湖乡，将其行政区域并入岸堤镇；撤销南石门乡，将其行政区域并入双堠镇；撤销代庄乡，将其行政区域并入孙祖镇；撤销库沟乡，将其行政区域并入辛集镇；撤销大王庄乡，将其行政区域并入蒲汪镇；撤销东张家哨乡，将其行政区域并入湖头镇；撤销鲁家庄乡，将其行政区域并入铜井镇；撤销朱家里庄乡，将其行政区域并入依汶乡（鲁政函民字[2000]91号）。即沂南县由15个镇、13个乡调整为15个镇、2个乡：界湖镇（独树乡）、岸堤镇（中高湖乡）、青驼镇（高里乡）、张庄镇、大庄镇（河阳乡）、葛沟镇、湖头镇（东张家哨乡）、辛集镇（库沟乡）、蒲汪镇（大王庄乡）、依汶乡（朱家里庄乡）、马牧池乡、杨家坡镇、双堠镇（南石门乡）、孙祖镇（代庄乡）、苏村镇、铜井镇（鲁家庄乡）、砖埠镇。（括号内的为被撤并的乡镇）。
2002年3月22日，省政府批复同意：沂南县撤销依汶乡，设立依汶镇，其行政区域和人民政府驻地不变。截至2002年12月31日，辖16个镇、1个乡。