明清时为海州地。民国元年（1912年）1月，改海州直隶州为东海县。1912年4月，东灌分治，析东海县东境之地11镇，设置灌云县。县治设板浦。因南邻灌河，北依云台山，取二地名首字命名。1945年县府迁三星镇，1948年10月县府迁伊山镇。
1996年，灌云县面积1878.2平方千米，人口约96.5万人。辖7个镇、18个乡：伊山镇、杨集镇、同兴镇、四队镇、板浦镇、龙苴镇、燕尾镇、宁海乡、鲁河乡、穆圩乡、东王集乡、白蚬乡、东辛乡、陡沟乡、伊芦乡、小伊乡、图河乡、下车乡、向阳乡、侍庄乡、界圩乡、南岗乡、伊山乡、沂北乡、圩丰乡。县政府驻伊山镇。
2000年第五次人口普查，灌云县（辖8个镇、13个乡）常住总人口1030069人，其中：伊山镇127078人，板浦镇63992人，杨集镇63942人，燕尾港镇11244人，同兴镇35701人，四队镇32801人，圩丰镇42864人，龙苴镇46353人，宁海乡24472人，伊芦乡34635人，鲁河乡26299人，图河乡54770人，沂北乡41655人，下车乡47128人，白蚬乡36976人，东王集乡59300人，侍庄乡44500人，小伊乡54966人，穆圩乡32495人，陡沟乡55815人，南岗乡38913人，东辛农场37525人，五图河农场8885人，灌西盐场7760人。
2004年底，全县总人口107.25万人。辖8个镇、13个乡。伊山镇面积76.75平方千米，人口140380人。板浦镇面积77.76平方千米，人口62901人。杨集镇面积76.73平方千米，人口67659人。燕尾镇面积13.99平方千米，人口10521人。同兴镇面积53.78平方千米，人口37337人。四队镇面积41.53平方千米，人口32957人。圩丰镇面积41.11平方千米，人口42147人。龙苴镇面积64.00平方千米，人口47907人。宁海乡面积46.00平方千米，人口26449人。伊芦乡面积51.29平方千米，人口36043人。鲁河乡面积31.15平方千米，人口32265人。图河乡面积95.00平方千米，人口58264人。沂北乡面积44.62平方千米，人口43376人。下车乡面积47.85平方千米，人口45642人。白蚬乡面积54.97平方千米，人口38212人。东王集乡面积91.97平方千米，人口60039人。侍庄乡面积66.10平方千米，人口45817人。小伊乡面积79.52平方千米，人口52782人。穆圩乡面积62.40平方千米，人口30846人。陡沟乡面积73.17平方千米，人口56665人。南岗乡面积60.55平方千米，人口38631人。（数据来源于《江苏省统计年鉴》）
2005年，根据江苏省政府《关于同意调整连云港市部分行政区划的批复》（苏政复[2005]37号）和连云港市政府《关于将灌云县宁海乡划归新浦区管辖的通知》（连政发[2005]111号），将灌云县宁海乡整建制划归新浦区管辖。行政区划调整后，灌云县行政区域面积1834.56平方千米，人口104.55万，辖8个镇、12个乡。2009年，将灌云县板浦镇划归海州区管辖。行政区划调整后，灌云县行政区域面积1775.25平方千米，人口102.53万人，辖7个镇、12个乡：伊山镇、杨集镇、燕尾港镇、同兴镇、四队镇、圩丰镇、龙苴镇、伊芦乡、鲁河乡、图河乡、沂北乡、下车乡、白蚬乡、东王集乡、侍庄乡、小伊乡、穆圩乡、陡沟乡、南岗乡；东辛农场、五图河农场、灌西盐场。县政府驻伊山镇。
2009年末，灌云县总面积1853平方千米，总人口27.33万户101.52万人。其中：伊山镇面积76.75平方千米、人口152686人，杨集镇面积76.73平方千米、人口70780人，燕尾港镇面积150平方千米、人口13518人，同兴镇面积53.78平方千米、人口38933人，四队镇面积41.54平方千米、人口33962人，圩丰镇面积69.01平方千米、人口43224人，龙苴镇面积64平方千米、人口50038人，伊芦乡面积51.29平方千米、人口38432人，鲁河乡面积46.73平方千米、人口33445人，图河乡面积95平方千米、人口59484人，沂北乡面积44.62平方千米、人口45009人，下车乡面积47.85平方千米、人口46764人，白蚬乡面积54.97平方千米、人口40234人，东王集乡面积91.97平方千米、人口60390人，侍庄乡面积66.1平方千米、人口44519人，小伊乡面积79.52平方千米、人口64493人，穆圩乡面积62.4平方千米、人口32673人，陡沟乡面积73.17平方千米、人口59139人，南岗乡面积60.55平方千米、人口41702人。（数据来源于《江苏省统计年鉴》）
2010年，将灌云县管辖的江苏省东辛农场和海军92323部队农副业基地划归连云港市连云区管辖。行政区划调整后，灌云县行政区域面积1542.73平方千米，人口97.74万人。2011年，将灌云县境内江苏省连云港监狱七分部位于新沂河南岸3.78平方千米区域划归灌南县堆沟港镇管辖。行政区域调整后，灌云县行政区域面积1538.95平方千米，人口97.74万人，辖7个镇、11个乡（注：批文如此，实际是12个乡）。
2010年第六次人口普查，灌云县常住总人口817509人，其中：伊山镇137235人，杨集镇47500人，燕尾港镇9386人，同兴镇28005人，四队镇23524人，圩丰镇37336人，龙苴镇33819人，伊芦乡31708人，鲁河乡21811人，图河乡40911人，沂北乡30223人，下车乡38883人，白蚬乡34670人，东王集乡55356人，侍庄乡45406人，小伊乡48776人，穆圩乡26855人，陡沟乡42782人，南岗乡33104人，东辛农场34951人，五图河农场3999人，灌西盐场6369人，灌云经济开发区1644人，灌云临港产业区3256人。
2013年1月6日，省政府（苏政复[2013]4号）批复同意撤销杨集镇、沂北乡，设立新的杨集镇；撤销龙苴镇、穆圩乡，设立新的龙苴镇；撤销同兴镇、伊芦乡，设立新的同兴镇；撤销下车乡、白蚬乡，设立下车镇；撤销南岗乡、陡沟乡，设立新的南岗乡。调整后，杨集镇面积154.5平方千米，人口117190人，辖39个村委会、1个居委会，镇政府驻原杨集镇镇东村；龙苴镇面积128.01平方千米，人口86790人，辖28个村委会、1个居委会，镇政府驻原龙苴镇龙苴居委会；同兴镇面积128.71平方千米，人口78187人，辖28个村委会、2个居委会，镇政府驻原同兴镇同兴居委会；下车镇面积126.61平方千米，人口90654人，辖31个村委会、1个居委会，镇政府驻原下车乡下车村；南岗乡面积140.5平方千米，人口103939人，辖33个村委会，乡政府驻原南岗乡南岗村。
2015年1月9日，省政府（苏政复[2015]4号）批复同意撤销侍庄乡，设立侍庄街道；撤销东王集乡，设立东王集镇；撤销图河乡，设立图河镇。调整后，全县辖1个街道、10个镇、3个乡：侍庄街道、伊山镇、杨集镇、燕尾港镇、同兴镇、四队镇、圩丰镇、龙苴镇、下车镇、东王集镇、图河镇、鲁河乡、小伊乡、南岗乡。