肥西县因位于合肥之西得名。1948年12月底，析合肥县地置肥西县，民主县政府成立于杨新圩（今江夏乡境），属中共皖西三地委领导。1949年1月初，肥西民主县政府移驻农兴小梁岗、周新圩。1949年4月，肥西民主县政府改称肥西县民主政府，直属皖北行署。6月，县民主政府移驻上派河镇。另外，三河镇自1949年1月解放后设市（县级），属巢湖专区。
1949年10月，肥西县民主政府改称肥西县人民政府。1950年，隶属皖北行署巢湖专区；4月，三河撤市设区，并入肥西。1952年2月，肥西县改属皖北行署六安专区。1952年8月，隶属安徽省六安专区。1958年9月，划属合肥市。1961年4月，归划六安市专区。1983年7月，复属合肥市。
1996年，肥西县面积2168平方千米，人口约95.8万人，辖11镇20乡：上派镇、三河镇、花岗镇、高刘镇、官亭镇、小庙镇、山南镇、丰乐镇、桃花镇、农兴镇、新仓镇、肥光乡、长岗乡、高店乡、聚星乡、烟墩乡、北张乡、袁店乡、孙集乡、严店乡、清平乡、大柏乡、金牛乡、金桥乡、洪桥乡、四合乡、董岗乡、刘河乡、柿树岗乡、江夏店乡、南分路乡。县政府驻上派河镇。
1998年，肥西县面积2186平方千米，辖12个镇、19个乡：上派镇、三河镇、桃花镇、花岗镇、高刘镇、官亭镇、小庙镇、山南镇、丰乐镇、南岗镇、农兴镇、新仓镇、长岗乡、高店乡、江夏店乡、南分路乡、聚星乡、烟墩乡、北张乡、柿树岗乡、袁店乡、孙集乡、严店乡、清平乡、大柏乡、金牛乡、洪桥乡、四合乡、董岗乡、金桥乡、刘河乡，共有27个居委会、560个村委会。人口密度433人/平方千米。
2000年第五次人口普查，肥西县常住总人口907219人，其中：上派镇91484人，三河镇17179人，桃花镇18138人，花岗镇26390人，高刘镇38695人，官亭镇31754人，小庙镇36869人，山南镇33815人，丰乐镇37310人，南岗镇32512人，农兴镇38027人，新仓镇15413人，长岗乡28080人，高店乡37280人，江夏店乡30041人，南分路乡20609人，聚星乡17013人，烟墩乡39567人，北张乡26666人，柿树岗乡29190人，袁店乡20544人，孙集乡31554人，严店乡26326人，清平乡34146人，大柏乡19639人，金牛乡17313人，洪桥乡16712人，四合乡20349人，董岗乡23773人，金桥乡18838人，刘河乡20093人，桃花工业园区11900人。
2004年，肥西县乡镇由31个调整为29个：清平乡并入三河镇，北张乡并入上派镇。2004年底，肥西县辖12个镇、17个乡。
2005年12月19日，《合肥市人民政府关于肥西县乡镇行政区划调整的通知》（合政[2005]148号）：一、撤销新仓镇、长岗乡、大柏乡、江夏店乡、金桥乡、聚星乡、金牛乡、孙集乡、董岗乡、刘河乡、洪桥乡、四合乡、袁店乡。二、将原桃花镇的田埠村并入上派镇。三、将原严店乡的九联村、建设村并入三河镇。四、将原刘河乡整建制并入严店乡。乡政府驻严店。五、将原长岗乡的长岗居委会和岗北、焦湖、贾郢、南仓、南庄5个村委会并入高刘镇。六、将原大柏乡整建制和原长岗乡的新民、将军、段冲、马岗、袁中5个村委会并入小庙镇。镇政府驻五十里小庙。七、将原金牛乡、洪桥乡整建制并入山南镇。镇政府驻山南馆。八、将原江夏店乡、金桥乡整建制并入官亭镇。镇政府驻官亭。九、将原孙集乡、董岗乡、四合乡整建制并入花岗镇。镇政府驻花岗。十、将原新仓镇整建制并入丰乐镇。镇政府驻丰乐河。十一、将原袁店乡整建制并入柿树岗乡。乡政府驻柿树岗。十二、将南分路乡更名为铭传乡，并将原聚星乡整建制并入。乡政府驻南分路。十三、将农兴镇更名为紫蓬镇。十四、保留南岗镇、高店乡、烟墩乡。调整后，肥西县总面积2123平方千米，总人口96.85万人，辖11个镇、5个乡：上派镇、三河镇、桃花镇、花岗镇、高刘镇、官亭镇、小庙镇、山南镇、丰乐镇、南岗镇、紫蓬镇、高店乡、铭传乡、烟墩乡、柿树岗乡、严店乡。
2006年，《安徽省民政厅关于同意将肥西县南岗镇整建制划归合肥市蜀山区管辖的批复》（民地字[2006]41号）同意将肥西县南岗镇划归合肥市蜀山区管辖；《安徽省民政厅关于同意将肥西县烟墩乡整建制划归合肥市包河区管辖的批复》（民地字[2006]71号）同意将肥西县烟墩乡划归合肥市包河区管辖。
2007年11月，为确保合肥新桥国际机场建设顺利进行，经安徽省政府批准，将六安市寿县刘岗镇的红塘、柳塘、四冲3个行政村（总面积17.53平方千米、总人口4033人）划归合肥市肥西县高刘镇管辖。
2010年第六次人口普查，肥西县常住总人口858895人，其中：上派镇171429人，三河镇45606人，高刘镇50982人，官亭镇62965人，小庙镇62883人，山南镇63327人，花岗镇64245人，紫蓬镇29500人，桃花镇71638人，丰乐镇38070人，高店乡30984人，铭传乡31020人，柿树岗乡38814人，严店乡30340人，桃花工业园管委会42515人，紫蓬山管委会24577人。
2013年4月3日，省民政厅（民地字[2013]67号）批复同意将肥西县的高刘镇整建制划归合肥市蜀山区管辖（4月16日市政府批复同意高刘镇整建制划归蜀山区管辖，由蜀山区委托经开区管理；9月1日正式移交蜀山区，由合肥市经济技术开发区托管）。同年，省民政厅（民地字[2013]140号）批复同意将肥西县的小庙镇整建制划归合肥市蜀山区管辖。2014年10月9日，高刘镇增挂高刘社区管理委员会牌子（一个机构两套牌子）。