春秋为白翟部族地。战国赵于今西南设平都邑。秦始皇二十六年（前221）于境北设阳周县，西汉增设平都县，东汉末俱废。魏晋时为匈奴等族所居，未设县。北魏在今县东南置朔方郡及魏平县。北周废朔方郡。唐贞观二年（628年）撤销魏平县。
宋至道年间（995～997）以后为西夏地，县废。治平四年（1067）收复置安定堡。蒙古宪宗蒙哥二年（1252年）在今西安定镇置安定县，蒙古至元元年（1264年）在今县东析置丹头县，四年并丹头县入安定县。明、清仍旧安定县。1914年属榆林道。1928年直属省。
1934年秋，改西部的陕甘宁边区苏维埃安定县（与国民党安定县政府并存）为赤源县。1935年2月在东部设秀延县，同年3月（一说10月）设立瓦窑堡市（县级）。1935年3月（一说11月）至1936年，瓦窑堡市曾是中华苏维埃共和国中央临时政府和陕北省人民政府所在地。
1936年至1937年先后撤销赤源县、瓦窑堡市和秀延县，辖地统属安定县。1942年5月陕甘宁边区政府为纪念谢子长烈士，改安定县为子长县，县城由安定镇迁至瓦窑堡镇。1950年5月属绥德专区。1956年10月属延安专区。1968年属延安地区。1996年属延安市。
1950年设8区44乡。9月，东二区并入东一区，设7区45乡。一区辖宜家散岔、界石堡、任家园子、水园子、湫峪沟、杨家园子、宜家畔、徐家岔8乡。二区辖安定、二十里铺、椿树砭、唐家川、栾家坪、十里铺6乡。三区辖李家岔、东沟、柏山寺、石灰岔、水晶沟5乡。四区辖路家坪、路家寺、玉家湾、南沟岔、新窑湾5乡。五区辖庙墕、宋家坪、刘家坪、高新庄、杨家老庄、郭家河、高台7乡。六区辖滴哨、李家川、寺湾、余家坪、王家庄、强家峁、阳台7乡。七区辖祁家湾、芋则湾、新寨河、吴家寨子、芽坪、城内第五乡、第六乡，共7乡。
1952年，改为8区49乡。1956年7月，清涧县宜家河村归入子长县。1958年12月，安塞县撤销，北部（草沟门以北地区）并入子长县。全县改设瓦窑堡、余家坪、杨家园子、玉家湾、涧峪岔、李家岔、安定、寺湾、真武洞、化子坪、坪桥11个公社，辖地为今子长县地及安塞县北部地区。1961年9月，原安塞县辖地真武洞、谭家营、郝家坪、坪桥、西瓦界、化子坪、镰刀湾公社划归安塞县。
1965年4月，全县辖14个公社，5个居委会。1980年10月，安定、玉家湾、杨家园子、瓦窑堡改制为镇。1984年9月，全县辖瓦窑堡、玉家湾、安定、杨家园子4镇及马家砭、冯家屯、南沟岔、史家畔、寺湾、热寺湾、高台、涧峪岔、余家坪、栾家坪、石家湾、李家岔12乡，333个行政村。1988年全县共43131户，182404人。
1996年，子长县面积2405平方千米，人口52281户，219442人。辖4个镇、12个乡：瓦窑堡镇、安定镇、玉家湾镇、杨家园子镇、马家砭乡、史家畔乡、热寺湾乡、涧峪岔乡、高台乡、南沟岔乡、李家岔乡、石家湾乡、栾家坪乡、冯家屯乡、寺湾乡、余家坪乡，共有351个行政村、14个居委会。县政府驻瓦窑堡镇。
1998年，马家砭乡改为马家砭镇，南沟岔乡改为南沟岔镇，涧峪岔乡改为涧峪岔镇，李家岔乡改为李家岔镇，撤销冯家屯乡并入瓦窑堡镇。调整后，子长县辖8个镇、7个乡。
2000年第五次人口普查，子长县常住总人口207972人，其中：瓦窑堡镇69279人，杨家园子镇12706人，玉家湾镇9857人，安定镇14992人，马家砭镇14583人，南沟岔镇10659人，涧峪岔镇9940人，李家岔镇10438人，热寺湾乡5323人，史家畔乡11743人，高台乡5880人，石家湾乡5641人，栾家坪乡11082人，余家坪乡8308人，寺湾乡7541人。
2001年，撤销高台乡并入涧峪岔镇，撤销石家湾乡并入李家岔镇。区划调整后，子长县辖8个镇、5个乡：瓦窑堡镇、杨家园子镇、玉家湾镇、安定镇、马家砭镇、南沟岔镇、涧峪岔镇、李家岔镇、热寺湾乡、史家畔乡、栾家坪乡、余家坪乡、寺湾乡。（354个行政村、9个社区）
2010年第六次人口普查，子长县常住总人口216910人，其中：瓦窑堡镇113698人，杨家园子镇11248人，玉家湾镇6331人，安定镇11692人，马家砭镇9394人，南沟岔镇8400人，涧峪岔镇10857人，李家岔镇11381人，热寺湾乡3231人，史家畔乡8024人，栾家坪乡9969人，余家坪乡6659人，寺湾乡6026人。
2011年，撤销热寺湾乡并入杨家园子镇，撤销寺湾乡、余家坪乡合并设立余家坪镇，撤销栾家坪乡并入瓦窑堡镇。调整后，子长县辖9个镇、1个乡：瓦窑堡镇、杨家园则镇（杨家园子镇）、玉家湾镇、安定镇、马家砭镇、南沟岔镇、涧峪岔镇、李家岔镇、余家坪镇、史家畔乡。
2012年末，子长县面积2393.4平方千米，户籍人口275456人，常住人口21.8万人。2013年末，子长县辖9个镇、1个乡，共有8个社区、358个行政村，县政府驻瓦窑堡镇。
2015年，撤销史家畔乡，并入杨家园则镇；撤销瓦窑堡镇，设立瓦窑堡街道。调整后，子长县辖1个街道、8个镇：瓦窑堡街道、杨家园则镇、玉家湾镇、安定镇、马家砭镇、南沟岔镇、涧峪岔镇、李家岔镇、余家坪镇。