秦孝公十二年（公元前350）置县。

新莽天凤二年（公元15）改名千春。

更始元年（公元23）复命高陵。

三国魏黄初元年（公元220）更名高陆。

隋大业二年（公元606）又复名高陵，相沿至今。置县以来，随着历代行政建置的改变，县境屡有增析，变化不定，自清代起基本趋于稳定。

三国魏黄初元年（公元220）撤销阳陵县，其辖地部分并入高陵，县境较前为大。

北周明帝二年（公元558），省万年县入广阳、高陵二县。县境较前又有所增大。

唐高祖武德二年（公元619），析本县泾河以南置鹿苑县。

贞观元年（公元627）撤销，辖地复归高陵。

唐武宗会昌元年（公元841），析本县清平乡以奉庄陵，县境较前缩小。

最早记载县境大小的是北宋宋敏求《长安志》。据载：县境东西28里，南北33里。

元世祖至元二年（1265），泾阳县并入高陵，次年（1266）复立。

明《高陵县志》中，有在明代析东南数里（即张桥、孝义、安信三里之一部分）划归临潼的记载。县境广28里，袤35里。其南省城，东南临潼，东栎阳，又东渭南，东北蒲城，北富平，西北三原，西泾阳，西南咸阳。

清代县境变化不大。雍正十年（1732）《高陵县志》记为东西距30里，南北距30里。东至临潼界10里，西至泾阳界20里，南至咸宁界20里，北至三原界10里，东南至临潼界20里，西南至咸阳界30里，东北至三原界7里，西北至三原界15里。

光绪十年（1884）《高陵县续志》记为东西30里而遥，南北30里而近。

民国时期，县境亦未有明显变化。据民国三十年（1941）《高陵县区保总图》记载：本县东西相距36里；南北相距33里，面积1188平方里。东至临潼县13里，西至泾阳县21里，南至长安县23里，北至三原县14里，东北至三原、临潼县11里，东南至临潼、长安县28里，西南至咸阳、长安33里，西北至三原县20里。距省城70里。

1953年高陵县与邻县调整插花地时，将高陵区东南的惠家场村划给临潼县，换回原邓、邓家沟、六家庄3村。将高陵县渭河南的班家、草店两村划给原长安县（现长安区），换回马坊滩、兴隆村两村。

1956年5月，高陵县东北的邸家、学杨、刘家庄、湾里赵4村及王化孙的一部分划给三原县，换回南任、北任、官村聂、官村刘、蜜蜂王、吴郑坊马家、白马寺滩7村。

1958年12月14日，高陵县渭河南的耿镇地区（即今耿镇，当时称红旗耕作区）割归西安市，1963年8月20日还归。高陵县东西长20.55公里，南北宽20.1公里，总面积为294平方公里。

2014年12月13日，国务院关于同意陕西省调整西安市部分行政区划的批复，撤销高陵县，设立西安市高陵区。

2015年8月4日，高陵“撤县设区”正式挂牌，结束2365年的县制历史。