西周及春秋时期，属瓯越地；

战国时期，属楚地。三合潭出土的网坠、鱼刺、鱼钩等渔具（考证为战国时期渔具），反映县境在2400多年前即具有开发海洋的渔文化特点；

秦代，今县境属闽中郡；

西汉初，属东瓯王国。武帝建元三年（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（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6年，回浦县并入觐县，县境属觐县回浦乡，后析出回浦县，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（323年），分临海地，立永嘉郡；宁康二年（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；

隋朝文帝开皇12年，乐成县并入永嘉县，县境为地永嘉县；

唐朝武德5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（842年）前，乐成县在县境置玉留镇；

五代时属吴越国，隶属海军。后梁开平二年（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20年（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12年（1476年），析乐清县山门、玉环两乡6都地隶太平县（今温岭市），属台州府（今台州市），县境港北地区属太平县，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；雍正6年（1728年），始建玉环厅，隶属温州府，至此，玉环始有行政建制；

民国元年（1912年），行道县制，玉环厅改为玉环县，属温处道（今温州市）；

1949年4月7日，玉环解放。中华人民共和国建立后，亦称玉环县，属浙江省温州专区（今温州市），下辖5个区49个乡镇。