三台县春秋战国时为蜀国酋长郪王国辖地。西汉高祖六年（前201）为置县之始，名为郪县隶属广汉郡，治地在今县南郪江镇。南朝刘宋元嘉九年（432）分广汉郡置新城郡，建北伍城县，郡县治今三台县城潼川镇，以伍城水为县名。

南梁改始平僚郡为始平郡，分涪县置始平县，治地今花园镇；撤郪县并入北伍县，仍属新城郡。北朝西魏改伍城县为新城县，恭帝三年（556）改为昌城县。

北周改始平县为涪城县。隋开皇十八年（598）改新州为梓州（以梓潼水命名），治城今潼川镇；大业三年（607）改昌城县为郪县。唐宋时期郪县、涪城县仍置，隶属梓州（后为潼川府）。

元朝至元二十年（1283）撤涪城县并入郪县。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24年（1935）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，驻地城厢镇（潼川镇），设5个区政府、辖56乡（镇），隶属川北行政公署（驻地南充市）遂宁专区（驻地遂宁县城）。

1952年10月1日撤川北行署置四川省人民政府，三台县隶属四川省遂宁专区。

1958年10月18日，撤遂宁专区，三台县等划归绵阳专区（治地绵阳县城）。

1968年7月8日，三台县革命委员会成立，隶属绵阳地革委。

1978年5月6日，撤销绵阳地区革命委员会改设绵阳地区行政公署，三台县隶属绵阳行署。

1981年2月23日，根据《各级人民政府组织法》撤销三台县革命委员会，选举产生三台县人民政府，隶属绵阳行署。

1984年3月，改社、队为乡、村，三台县设14区1镇（潼川镇）115乡1镇（芦溪镇）。

1985年2月8日，撤销绵阳地区，成立绵阳、广元、遂宁3个省辖市，三台县隶属绵阳市。

1992年9月5日，撤区并乡建镇，三台县调整为30个镇10个乡。

2000年1月，三台县调设为41个镇22个乡。