元谋系傣语。“元”意为“飞跃”、“交配”，“谋”意为马，即俊马之意。“汉时居民以家马牧于山下，而元马之神自河出与之交产骏驹，居民神之。遂其为之立祠。“此地“灵泽所钟，常产好马，故命地为马”。县城北有元马河。元谋与元马意同。
先秦为古滇国地。西汉属益州郡，东汉属益州益州郡。三国蜀汉属益州云南郡。西晋属宁州云南郡。东晋至南朝梁属宁州。北朝周属南宁州。隋属南宁州总管府。唐武德七年（624）置西豫州。贞观三年（629）改为靡州，领磨豫、七部二县。初为都督府，督靡州、望州（在今楚雄、广通）、移罗州（在今禄丰县北）三州。此外，大小勃弄、蜻蛉、弄栋等地亦当属统辖。麟德元年（664）置姚州都督府后，靡州都督府失去存在的意义因而省裁。唐南诏国时期，元谋地属弄栋节度。宋大理国，元谋地为“华竹部，又名环州”，隶威楚府。
元至元二十六年（1289），元谋土酋广哀于金马山归附，改华竹部为元谋县，治五甸，隶武定路军民府和曲州。明为元谋县，隶武定府（洪武至万历年间为武定军民府）。清初沿明制，为元谋县，属武定军民府。雍正八年（1730），武定军民府隶迤东道。乾隆三十年（1765）改武定军民府为武定府。乾隆三十一年（1766），武定府改属云武粮储道。乾隆三十五年（1770），武定府改为直隶州，仍属云武粮储道。乾隆四十六年（1781）元谋县改六哨为六乡，即清溪乡、南号乡、乌山乡、猛令乡、太平乡、常山乡，以代替原设置的行政机构“五马”（白木禾马、嗽其古马、月法东马、阿纳勒马、普文马）。光绪四年（1878），元谋县署迁于马街。
民国初年为元谋县，属滇中道；民国18年（1929），废滇中道，直属于省。民国27年（1938）元谋县撤销区的建制，设11个乡，下辖73保、701甲。民国29年（1940），马街由华竹乡中划出，建立元马镇。民国31年（1942），元谋县将10个乡并为5个乡，华竹乡与元马镇合并，称元马镇。乡镇下辖36个保，504个甲。民国35年（1946），元谋县属第八行政督察区（驻姚安县）。
1950年1月19日，元谋解放，建立元谋县临时人民军事管制委员会；2月1日撤销元谋县临时军事管制委员会，成立元谋县临时人民政府；5月18日，建立元谋县人民政府，属武定专区；5月21日，辖元马镇和安定、士林、禹能、大兴、清和乡5个乡。1953年，撤销武定专区，元谋县划归楚雄专区。【元谋置县至公元1954年间，面积约960平方千米】
1955年11月，武定县江边区的3个乡、环州区的2个乡，共计面积693.1平方千米，3384户、16350人，并归元谋。1956年12月，大姚县的新华、大河边乡划归元谋，划入面积183.9平方千米，873户、5086人。1957年10月18日，国务院批准全体会议第58次会议决定：设置楚雄彝族自治州，元谋县属楚雄州（楚雄彝族自治州1958年4月15日正式成立）。1958年10月，元谋并入武定县。1959年11月，元谋由武定县分出，恢复县级建制。
1961年11月，将元马、苴林、江边三公社改组为元马、苴林、江边、老城、班果、姜驿六个公社，保留元马镇。1962年，改公社为区，改大队为小公社。全县设元马、苴林、江边、姜驿、老城、班果区和元马镇，下辖54个公社。1966年10月30日，武定县羊街区的甘泉、己波龙、花同、高姑、木溪悟等七个公社划归元谋县设羊街区，划入面积282.8平方千米，2108户、9776人。【1955年、1956年和1966年，分别从武定、大姚和永仁县划入以山区为主的毗邻地带，共1159.5平方千米。经土地详查，总面积为2021.46平方千米】
1969年3月1日，改区为公社，改原公社为大队。1974年8月，设黄瓜园镇。1984年1月18日，将原来的12个公社改为10个区和元马镇、黄瓜园镇；改113个大队为81个乡、区辖镇及办事处。1988年，改区为乡，全县辖2个镇、11个乡；81个村公所、办事处。同年，改元马乡为能禹镇。至此，元谋县辖3个镇、10个乡：元马镇、能禹镇、黄瓜园镇、老城乡、羊街乡、花同乡、凉山乡、新华乡、平田乡、苴林乡、物茂乡、江边乡、姜驿乡。
2000年第五次人口普查，元谋县常住总人口202779人，其中：元马镇23291人，能禹镇27703人，黄瓜园镇12714人，苴林乡24350人，老城乡30245人，物茂乡15922人，平田乡11173人，江边乡14802人，新华乡7616人，姜驿乡13865人，羊街乡10080人，花同乡7271人，凉山乡3747人。
2001年末，全县总人口202966人，其中：男104411人，女98555人；农业人口183448人，非农业人口19518人；汉族135955人；少数民族67011人，占33％，其中彝族46720人。辖3个镇、10个乡：元马镇、黄瓜园镇、能禹镇、花同乡、羊街乡、老城乡、凉山乡、苴林乡、物茂乡、新华乡、平田乡、姜驿乡、江边乡，81个村（居）委会，643个村民小组。
2003年7月25日，云复政[2003]48号批复同意元谋县调整元马镇、能禹镇、老城镇行政区划。
2005年12月12日，云南省政府批准元谋县撤销花同乡，其行政区域并入羊街乡，并将行政区划调整后的羊街乡改设为羊街镇，镇政府驻原羊街乡政府驻地；撤销苴林乡，其行政区域并入黄瓜园镇，镇政府驻地不变；撤销能禹镇，其行政区域并入元马镇，镇政府驻地不变。
2006年，元谋县总面积1803平方千米。总人口约21万人。辖3个镇、7个乡：元马镇、黄瓜园镇、羊街镇、老城乡、物茂乡、江边乡、新华乡、平田乡、凉山乡、姜驿乡。共有5个居委会、73个行政村。县政府驻元马镇马街。
2010年第六次人口普查，元谋县常住总人口215795人，其中：元马镇63936人，黄瓜园镇37528人，羊街镇17303人，老城乡27083人，物茂乡16002人，江边乡14760人，新华乡8083人，平田乡14135人，凉山乡3661人，姜驿乡13304人。