元置定远县，《尚书》为髳人之地，诸葛亮经此，号为牟州。唐为髳州，亦名牟州。1914年，取古地名“牟州”“定远”首字,更名为“牟定县”。
西汉属益州郡，东汉属益州益州郡，三国蜀汉为益州云南郡。晋属宁州云南郡，东晋至南朝梁属宁州，为爨氏大族所据。北朝周属南宁州，隋属南宁州总管府。唐武德四年（621）为西濮州南宁都督府，贞观十一年（637）改属髦州，贞观二十二年（648）又属傍州，唐南诏乾符六年（879）以后，属弄栋节度所辖。宋大理国时称牟州，属威楚府，宋大理国高升泰时称黄蓬箐。元宪宗四年（1254）立牟州千户；至元十二年（1275）牟州千户改置定远州，牟州千户属黄蓬箐百户（原新甸乡、江坡乡）改置南宁县，隶定远州；定远州属威楚路；不久，即降州为定远县，治耐笼城，并将定远州所领南宁县（现江坡镇所辖）并归定远县为乡。
明洪武二十一年（1388年）设定远御守千户所，属楚雄卫；明洪武二十四年（1391）复设定远县，属楚雄府。清初沿明制，为定远县，隶楚雄府；雍正八年（1730）7月，楚雄府属迤西道（治大理府）。民国初年，为定远县，属滇中道。民国2年（1913）4月，以定远、广通两县之黑盐井等地方析置盐兴县。民国三年（1914）1月，因与安徽、四川、陕西省地名重复，定远县更名为牟定县，属滇中道。
民国十八年（1929）废道制，直属于省。民国35年（1946），属第八行政督察区（驻姚安县）。1950年，牟定县属楚雄专区。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，牟定县属楚雄州（楚雄彝族自治州1958年4月15日正式成立）。1958年10月15日，牟定县并入楚雄县，为牟定区。1959年11月5日复设牟定县，属楚雄彝族自治州。
1997年，牟定县面积1464平方千米，人口约19万人。辖2个镇、8个乡：共和镇、新桥镇、军屯乡、蟠猫乡、戌街乡、安乐乡、江坡乡、新甸乡、青龙乡、凤屯乡。县城驻共和镇。
2000年第五次人口普查，牟定县常住总人口195322人，其中：共和镇18472人，新桥镇29067人，军屯乡24933人，蟠猫乡11763人，戌街乡16473人，安乐乡23487人，江坡乡11390人，新甸乡28568人，青龙乡22709人，凤屯乡8460人。
2001年末，牟定县总人口198173人，其中非农业人口16028人；少数民族人口40313人（其中彝族39704人）。全县辖2个镇、8个乡：共和镇、新桥镇、军屯乡、蟠猫乡、戊街乡、安乐乡、江坡乡、新甸乡、青龙乡、凤屯乡，95个村民委员会，1205个村民小组。
2005年12月12日，云南省政府批准同意牟定县撤销青龙乡，将原青龙乡所辖的周山、牟尼、龙池、庆丰、共丰5个行政村划归共和镇管辖，将原青龙乡所辖的田丰、龙丰、牌坊、河节冲4个行政村划归凤屯乡管辖，并将行政区划调整后的凤屯乡改设为凤屯镇，镇政府驻地搬迁至原凤屯乡飒马场；撤销新甸乡，将原新甸乡所辖的新甸、华星、散花、际盛4个行政村划归共和镇管辖，将原新甸乡的米村、普村、福龙、民乐、丰乐、高平6个行政村划归江坡乡管辖，并将行政区划调整后的江坡乡改设为江坡镇，镇政府驻原江坡乡政府驻地；撤销军屯乡，其行政区域并入共和镇，共和镇管辖原共和镇、军屯乡管辖的行政区域范围和原青龙乡的周山、牟尼、龙池、庆丰、共丰5个行政村以及原新甸乡的新甸、华星、散花、际盛4个行政村，镇政府驻地不变。
2006年，牟定县总面积1494平方千米。总人口约20万人。全县辖4个镇、3个乡：共和镇、新桥镇、江坡镇、凤屯镇、蟠猫乡、戌街乡、安乐乡。共有5个居委会、84个行政村。县政府驻共和镇。
2010年第六次人口普查，牟定县常住总人口208726人，其中：共和镇81667人，新桥镇29294人，江坡镇26447人，凤屯镇17514人，蟠猫乡11756人，戌街乡17824人，安乐乡24224人。