秦置班氏县，属雁门郡。西汉属代郡。新莽改班副县，东汉复旧，后废。隋开皇初年云内县来治，属马邑郡【一说，怀仁，秦代为云中地，汉代置沙南县，隋置大利县属定襄郡。】。唐贞观十四年（640）后徙治今大同市区东3千米，后改称云中县。
辽析云中县地置怀仁县，故治在今城关西，属大同府。据《怀仁县志》载，辽时“因阿保机与晋王李克用面会东城，取怀想仁人之义，故名”。金升云州，徙治今城关。元复为怀仁县，属大同路。明、清俱属大同府。
民国初年属雁门道，道废后直属省。1949年属察哈尔省。1952年复归山西省，属雁北专区。1958年并入大同市为郊区。1960年撤销郊区，改置怀仁区，属大同市。1964年复为怀仁县，属大同市。1967年属雁北地区。1993年属朔州市。
1996年，怀仁县面积1230平方千米，人口约24万人。辖6个镇、7个乡：城关镇、鹅毛口镇、吴家窑镇、金沙滩镇、毛皂镇、小峪镇、何家堡乡、新家园乡、亲和乡、海北头乡、河头乡、马辛庄乡、里八庄乡。县政府驻城关镇。
2000年第五次人口普查，怀仁县常住总人口286054人，其中，城关镇91194人，小峪镇32509人，鹅毛口镇14536人，吴家窑镇10018人，金沙滩镇25201人，毛皂镇7907人，何家堡乡19874人，新家园乡18919人，亲和乡23198人，海北头乡14930人，马辛庄乡7422人，里八庄乡8002人，河头乡12344人。
2001年，鹅毛口镇并入云中镇，里八庄乡并入毛家皂镇，小峪镇并入新家园乡。区划调整后，全县辖4个镇、6个乡：云中镇、吴家窑镇、金沙滩镇、毛家皂镇、何家堡乡、新家园乡、亲和乡、海北头乡、马辛庄乡、河头乡。
2010年第六次人口普查，怀仁县常住总人口326849人，其中，云中镇169481人，吴家窑镇8117人，金沙滩镇21144人，毛家皂镇12800人，何家堡乡21186人，新家园乡45815人，亲和乡20470人，海北头乡14013人，马辛庄乡5141人，河头乡8682人。
2015年末，怀仁县辖4个镇、6个乡（合计10个），21个居委会、162个村委会（合计183个）。