曲靖市辖境，春秋战国时为“靡莫之属”。战国末年，楚将庄跻入滇，建立滇国。现曲靖是为滇国所属的劳浸、糜莫等部落。秦曾谴常额由巴蜀向曲靖方向修筑“五尺道”，西汉通西南夷，设置郡县。本市大部分属益州郡，少部分属犍为郡和奘珂郡。三国蜀汉建兴三年（225），改益州郡为建宁郡，移降都督于昧县，统管“南中”（今云南全境，川南、黔西一部）地区，曲靖成为“南中”政治、经济、文化中心。晋代设宁州刺史，都以曲靖为治所。隋及唐初，先后置曲州、郎州、盘州、南宁州。自梁至唐初为爨氏所依。唐天宝七年（748），今曲靖市辖境由南诏拓东节度使控制。宋大理国时期，设石城郡，统磨弥等10余部。
元宪宗六年（1256）立磨祢部万户，至元八年（1271）改为中路；元至元十三年（1276）设曲靖路，改石城为南宁县，治所南宁。明洪武十五年（1382）三月为曲靖府，治所南宁。清代仍因之旧，并以寻甸府地属之。雍正初年“改土归流”，雍正五年（1727）从沾益分设宣威州，东川府（今会泽）从四川划归云南，雍正八年置迄东道，治所先设于寻甸后迁南宁（曲靖）。康熙元年至三年（1662－1664），曲靖曾为云南省治，云南总督驻曲靖。民国二年（1913年）废府改县，南宁改称曲靖。民国36年（1947年）设第二区行政督察公署，驻曲靖县。
1950年3月设曲靖专区，专署驻曲靖县。辖曲靖、沾益、宣威、平彝、马龙（驻通泉镇）、嵩明（驻嵩阳镇）、寻甸（驻仁德镇）等7县。1954年原宜良专区所属宜良（驻匡远镇）、陆良、罗平（驻罗雄镇）、师宗（驻丹凤镇）、泸西、路南6县划入曲靖专区；宣威县改称榕峰县（驻榕城镇）；平彝县改称富源县（驻中安镇）；曲靖专区辖13县。1957年3月26日由路南县改设路南彝族自治县；同年寻甸县改设寻甸回族自治县（驻仁德镇）；曲靖专区辖11县、2自治县。1958年撤销沾益县，并入曲靖县。1959年榕峰县恢复原名宣威县。1960年撤销马龙县，并入曲靖县；撤销师宗县，并入罗平县；撤销泸西县，并入弥勒县；撤销路南彝族自治县，并入宜良县；撤销寻甸回族自治县和嵩明县，合并设立寻甸县（驻仁德镇）；曲靖专区辖7县。
1962年恢复马龙（驻通泉镇）、师宗（驻肇民镇）、嵩明（驻嵩阳镇）3县；曲靖县由城关镇迁驻沾益镇，曲靖专区辖10县。1964年10月原由东川市领导的会泽县划入曲靖专区，恢复路南彝族自治县；曲靖专区辖11县、1自治县。1965年恢复沾益县（驻沾益镇）；曲靖县由沾益镇迁驻环城镇。1966年宜良县驻地匡远镇改名东风镇。1970年曲靖专区改称曲靖地区，地区驻曲靖县，辖曲靖、寻甸、宣威（驻榕城镇）、会泽、富源（驻中安镇）、沾益、师宗（驻丹凤）、罗平（驻罗雄镇）、陆良（驻中枢镇）、宜良、嵩明（驻嵩阳）、马龙（驻通泉镇）等12县及路南彝族自治县。1979年寻甸县改为寻甸回族彝族自治县。1983年10月，曲靖、沾益撤县合并组建曲靖市，宜良、路南、嵩明3县划归昆明市。
1997年5月6日，国务院批准（国函[1997]32号）：（1）撤销曲靖地区和县级曲靖市，设立地级曲靖市，市人民政府驻新设立的麒麟区城关镇文昌街。（2）曲靖市设立麒麟区和沾益县。麒麟区辖原县级曲靖市的城关、三宝、越州、东山4个镇和环城、珠街、沿江、茨营、潇湘、西山6个乡。区人民政府驻城关镇南宁东路。沾益县辖原县级曲靖市的西平、花山2个镇和沾益、盘江、白水、大坡、菱角、德泽、炎方、播乐8个乡。县政府驻西平镇龙华新路。（3）曲靖市辖原曲靖地区的陆良县、罗平县、会泽县、马龙县、富源县、师宗县、寻甸回族彝族自治县和新设立的沾益县、麒麟区，原曲靖地区的宣威市由省直辖。1998年2月8日，国务院批复寻甸回族彝族自治县划归昆明市，1999年正式调整为昆明市管辖。
2000年第五次人口普查，曲靖市常住总人口5466089人；其中：麒麟区648956人、马龙县185766人、陆良县581764人、师宗县349770人、罗平县515211人、富源县657474人、会泽县844485人、沾益县389838人、宣威市1292825人。
2005年末，曲靖市总人口为587.5万人，其中：农业人口491.42万人，非农业人口69.77万人。人口密度194人/平方千米。汉族人口520.86万人，占总人口的92.81%；少数民族人口40.33万人，占总人口的7.18%。辖1市1区7县，即宣威市、麒麟区、沾益县、马龙县、富源县、罗平县、师宗县、陆良县、会泽县。共有124个乡（镇）、街道，其中镇61个，乡54个，街道9个；1551个村（居）委会。
2006年末，曲靖市面积29855平方千米，人口565.76万人。辖1个区、7个县、1个县级市；9个街道、59个镇、39个乡、8个民族乡；121个居委会、1480个行政村。
2007年末，全市总人口603.04万人，汉族约占总人口的90％。辖麒麟区和马龙、陆良、师宗、罗平、富源、会泽、沾益7县，代管宣威市。共有9个街道、59个镇、47个乡、1599个居委会、行政村，15201个村（居）民小组，14610个居民点。
2010年第六次人口普查，曲靖市常住总人口5855055人，其中：麒麟区740747人，马龙县184989人，陆良县622397人，师宗县392361人，罗平县549680人，富源县722640人，会泽县908292人，沾益县431058人，宣威市1302891人。
2013年会泽县被列为国家历史文化名城。2014年，麒麟区越州镇，陆良县三岔河镇、召夸镇，师宗县竹基镇、彩云镇，罗平县板桥镇，富源县黄泥河镇、富村镇，会泽县待补镇、迤车镇，沾益县白水镇、盘江镇，宣威市田坝镇、热水镇共14个镇被列为全国重点镇。