据考古发明的三合潭遗址证实，早在新石器期间，人类就开始在玉环大地上繁衍生息、缔造文明。西周及春秋时期，属瓯越地。战国时期，属楚地。秦代今县境属闽中郡。 西汉初属东瓯王国。东汉建武6年，回浦县并入鄞县，县境属鄞县回浦乡。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）分永宁地置成功县，县境属成功县。南北朝时，仍附属成功县地。隋朝文帝开皇12年，成功县并入永嘉县，县境为永嘉县地。 唐朝武德5年析永嘉县置永宁、成功两县，县境属成功县地。五代时属吴越国，隶靖水师。后梁开平二年（908年），改成功县为乐清县。县境属乐清县。北宋时，县境为温州府乐清县玉环乡之一部门，附属两浙路应道军。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。清初，县境港北仍为平静县地，港南仍被游民私种。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）。民国16年，废道县制，玉环县附属省行政督察区统领。玉环所属行政督查区屡有改观。民国37年（1948年），县境属浙江第五行政督察区。

　　1949年4月7日，玉环解放。4月14日，成立中共玉环县委和玉环县民主当局。5月12日，玉环县民主当局改为玉环县人民当局。中华人民共和国成立后，亦称玉环县，属浙江省温州专区（今温州市）。玉环县下辖5个区49个州里。1962年4月，玉环县建制规复（不含洞头县地），属台州辖区。2001年11月，取消鲜叠镇，辖区拼入珠港镇陈屿服务处，至此，县境内共配置6个镇、3个乡。2017年4月，经国务院核准，赞成取消玉环县，设立县级玉环市，以原玉环县的行政地区为玉环市的行政地区。玉环市由浙江省直辖， 台州市代管。