春秋为楚地。战国楚置郇阳邑，楚怀王十七年（公元前312年）丹阳之战后归秦。汉置旬阳县，因位于旬水北得名。属汉中郡。东汉废入锡县。西晋太康四年（283年）复置，改旬为洵，属魏兴郡。南朝宋、齐为旬阳县。西魏为洵阳县，兼为洵州、洵阳郡治；大统十七年（552年）于淯口戍置淯阳郡，即今县东蜀河镇，又于郡西33里汉水南岸置黄土县。西魏又在今县北置赤石县。北周初于今蜀河镇置长冈县，保定二年（562年）改淯阳郡为长冈郡，次年废长冈郡、县，移黄土县于淯阳郡城，即今蜀河镇。
隋废洵州，开皇三年（583年）废洵阳郡，洵阳、黄土二县属金州。大业三年（607年）属西城郡。唐武德元年（618年）兼为洵州治，分洵阳县地于北部洵城县，于今吕河镇置驴川（闾川）县，七年州废，四县改属金州；贞观二年（628年）废驴川县，八年废洵城县，辖地皆入洵阳县；天宝元年（742年）八月改黄土县为淯阳县，大历六年（771年）废入洵阳县，长庆元年（821年）复置。
北宋乾德四年（966年）废淯阳县入洵阳县，属金州。元代省洵阳县并入金州，明洪武三年（1370年）复置，属大宁州，五年改属金州，万历十一年（1583年）属兴安州。清属兴安府。1914年属汉中道。1928年直属省。1949年属安康分区。1950年属安康专区。1964年因洵字生僻，改洵阳县为旬阳县，属安康专区。1969年属安康地区。2000年属安康市。
1995年，旬阳县面积3554平方千米，人口44万人。辖4镇60乡：城关镇、蜀河镇、吕河镇、神河镇、菜湾乡、金洞乡、庙岭乡、羊山乡、构元乡、蒿塔乡、长沙乡、关口乡、武王乡、棕溪乡、三官乡、何家乡、沙沟乡、兰滩乡、仙河乡、观音乡、尖山乡、龙家乡、庙坪乡、双镇乡、潘家乡、红军乡、圣驾乡、竹筒乡、西岔乡、落驾乡、公馆乡、小岭乡、康坪乡、小河口乡、桐木乡、三岔河乡、仁河口乡、塘兴乡、赵湾乡、红岩乡、麻坪乡、枫树乡、甘溪乡、白柳乡、十里乡、张坪乡、大岭乡、平定乡、桂花乡、力加乡、文雅乡、段家河乡、金寨乡、张河乡、平安乡、白庙乡、石门乡、楼房乡、七里乡、赤岩乡、太山乡、铜钱关乡、沙阳乡、水磨乡。县政府驻城关镇。
1996年，撤销菜湾区、棕溪区、蜀河区、双河区、小河区、赵湾区、甘溪区、吕河区、神河区、赤岩区等10个区公所建制；撤销菜湾乡、庙岭乡、金洞乡并入城关镇，撤销沙沟乡、三官乡、何家乡并入蜀河镇，撤销平定乡并入吕河镇，同时将段家河乡的险滩、东槽、段家坝、仁家湾等4个村委会划归吕河镇管辖，撤销平安乡并入神河镇，撤销棕溪乡、长沙乡、武王乡合并设立棕溪镇，撤销蒿塔乡、关口乡合并设立关口镇，同时将原关口乡的展园、陈沟、小寨、瓦房、红号等5个村委会划归棕溪镇管辖，撤销双镇乡、潘家乡合并设立双河镇，撤销小河口乡、康坪乡合并设立小河镇，撤销赵湾乡、塘兴乡、红岩乡合并设立赵湾镇，撤销麻坪乡、枫树乡合并设立麻坪镇，撤销甘溪乡、大岭乡合并设立甘溪镇，撤销白柳乡、十里乡合并设立白柳镇，撤销赤岩乡、七里乡合并设立赤岩镇，撤销羊山乡并入构元乡，撤销观音乡、尖山乡并入仙河乡，撤销龙家乡并入庙坪乡，撤销竹筒乡、圣驾乡并入红军乡，撤销落驾乡、小岭乡并入公馆乡，撤销文雅乡并入段家河乡，撤销楼房乡、白庙乡并入石门乡，撤销张河乡并入金寨乡，撤销水磨乡并入沙阳乡，撤销太山乡并入铜钱关乡，撤销三岔河乡并入桐木乡。调整后，旬阳县辖13个镇、17个乡。
2000年第五次人口普查，旬阳县常住总人口426173人，其中：城关镇52290人，棕溪镇27735人，关口镇15010人，蜀河镇29314人，双河镇9745人，小河镇15406人，赵湾镇17215人，麻坪镇11446人，甘溪镇16965人，白柳镇11450人，吕河镇22980人，神河镇18494人，赤岩镇13318人，构元乡11281人，兰滩乡5759人，仙河乡22246人，庙坪乡11100人，红军乡12122人，西岔乡6897人，公馆乡9782人，仁河口乡6427人，桐木乡12284人，张坪乡3732人，段家河乡11170人，力加乡5217人，桂花乡7113人，石门乡11942人，金寨乡15444人，铜钱关乡5582人，沙阳乡6707人。
2001年区划调整后，旬阳县辖14个镇、14个乡：城关镇、棕溪镇、关口镇、蜀河镇、双河镇、小河镇、赵湾镇、麻坪镇、甘溪镇、白柳镇、吕河镇、神河镇、赤岩镇、段家河镇、构元乡、兰滩乡、仙河乡、庙坪乡、红军乡、公馆乡、仁河口乡、桐木乡、张坪乡、桂花乡、石门乡、金寨乡、铜钱关乡、沙阳乡。2004年末，全县总人口447197人。
2010年第六次人口普查，旬阳县常住总人口426677人，其中：城关镇67929人，棕溪镇25811人，关口镇14352人，蜀河镇31497人，双河镇16357人，小河镇15420人，赵湾镇16329人，麻坪镇11385人，甘溪镇16106人，白柳镇11166人，吕河镇18692人，神河镇18384人，赤岩镇12869人，段家河镇16292人，仙河镇21619人，金寨镇13739人，桐木镇12676人，构元乡11462人，兰滩乡5562人，庙坪乡9814人，红军乡10986人，公馆乡8886人，仁河口乡6486人，张坪乡3318人，桂花乡6814人，石门乡11553人，铜钱关乡5130人，沙阳乡6043人。
2009年，撤销仙河乡、桐木乡、金寨乡，设立仙河镇、金寨镇（9月30日正式撤乡建镇）、桐木镇。2011年，撤销庙坪乡并入双河镇，撤销桂花乡并入吕河镇，撤销张坪乡并入白柳镇，撤销沙阳乡并入赤岩镇，撤销兰滩乡并入蜀河镇，撤销公馆乡并入小河镇；撤销构元乡、石门乡、红军乡、仁河口乡、铜钱关乡乡的建制，相应设立镇的建制。调整后，旬阳县辖22个镇：城关镇、棕溪镇、关口镇、蜀河镇、双河镇、小河镇、赵湾镇、麻坪镇、甘溪镇、白柳镇、吕河镇、神河镇、赤岩镇、段家河镇、金寨镇、桐木镇、仙河镇、构元镇、石门镇、红军镇、仁河口镇、铜钱关镇。
2012年末，旬阳县面积3540.8平方千米，户籍人口456298人，常住人口42.73万人。2013年末，旬阳县辖22个镇，共有53个社区、270个行政村，县政府驻城关镇。
2015年，撤销铜钱关镇，并入赤岩镇。调整后，旬阳县辖21个镇。