先秦为古滇国地。汉置双柏县，属益州郡，辖今易门、双柏二县及新平县的西北地区。因建县时县衙门前有两株古柏而得名。三国时诸葛亮平定南中，改益州郡为建宁郡，双柏县属建宁。西晋为双柏县，属宁州建宁郡；东晋至南朝梁为双柏县，属宁州晋宁郡。北朝周属南宁州。隋属南宁州总管府。唐初属剑南道姚州所辖傍州，南诏国时属弄栋节度辖地。宋大理国时名摩刍，属威楚府。
元宪宗六年（1256），设立摩刍千户所和鄂嘉千户所，隶属威楚万户府。至元十二年（1275）改摩刍千户所为南安州，下辖广通县；改鄂嘉千户所为鄂嘉县，南安州、鄂嘉县均隶威楚路。明洪武十五年（1382）置楚雄府，南安州、鄂嘉县均属楚雄府，广通县直属于府。鄂嘉县治设于密架，后迁至石羊厂上岳庙内。至明万历年间，县治署迁建于鄂嘉。后因战乱，鄂嘉旧署为兵营所占，县署曾一度迁往楚雄城内。
清初沿明制，南安州属楚雄府；康熙八年（1669）裁鄂嘉县并入南安州，编为罗甸里（亦称鄂嘉乡）；雍正八年（1730）7月，楚雄府属迤西道；雍正十年（1732），设州判一员，将原鄂嘉县旧地拨归鄂嘉州判管理，仍隶属南安州，治所建于鄂嘉旧县山下大村。民国2年（1913）4月，改南安县，属滇中道。民国3年（1914）1月，因与福建南安县重名改为摩刍县，隶滇中道。民国18年（1929）6月改为双柏县。民国18年（1929），废道直属云南省。民国37年（1948）1月，属云南第六行政督察区（驻新平县）。
1950年双柏县属楚雄专区。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，双柏县属楚雄州（楚雄彝族自治州1958年4月15日正式成立）。1958年9月双柏县并入楚雄县为区，1959年11月复置双柏县，属楚雄彝族自治州。1962年，双柏县驻地由云龙镇迁至妥甸镇。
1997年，双柏县面积4045平方千米，人口约15万人，其中彝族占40%。辖1个镇、8个乡：妥甸镇、大庄乡、法脿乡、雨龙乡、鄂嘉乡、安龙堡乡、大麦地乡、爱尼山乡、独田乡。县政府驻妥甸镇。
2000年第五次人口普查，双柏县常住总人口153403人，其中：妥甸镇39967人，大庄乡25948人，鄂嘉乡26546人，法裱乡16895人，雨龙乡10606人，安龙堡乡9697人，大麦地乡6543人，爱尼山乡12963人，独田乡4238人。
2001年，全县总户数39019户，总人口154110人，其中非农业人口75068人，占9.78％；少数民族人口72472人，占47.03％。在少数民族人口中彝族67500人，占总人口的43.80％。辖1镇8乡：妥甸镇、大庄乡、法脿乡、鄂嘉乡、雨龙乡、爱尼山乡、独田乡、安龙堡乡、大麦地乡，共有84个村委会，1512个村民小组。
2002年，大庄乡、法脿乡分别撤乡设立大庄镇、法脿镇（省政府2002年4月3日批准）；鄂嘉乡撤乡设镇（省政府2002年4月16日批准）。调整后，双柏县辖4镇5乡，82个行政村，2个居委会。2004年末，全县总人口155251人，其中农业人口占90.9%，少数民族人口占总人口的47.2%。
2005年12月12日，云南省政府批准同意双柏县撤销雨龙乡，将原雨龙乡所辖的雨龙、法甸、古木、折苴4个行政村划归法脿镇管辖；将原雨龙乡所辖的邦山、野牛、蚕豆田3个行政村划归大麦地乡管辖，并将行政区划调整后的大麦地乡改设为大麦地镇，镇政府驻地搬迁至原大麦地乡普龙。
2006年，双柏县总面积4045平方千米。总人口15.84万人。辖5个镇、3个乡：妥甸镇、大庄镇、鄂嘉镇、法裱镇、大麦地镇、安龙堡乡、爱尼山乡、独田乡。共有2个居委会、82个行政村。县政府驻妥甸镇。
2010年第六次人口普查，双柏县常住总人口159867人，其中：妥甸镇44265人，大庄镇26880人，法脿镇24656人，鄂嘉镇27235人，大麦地镇10041人，安龙堡乡9450人，爱尼山乡13195人，独田乡4145人。