先秦属古滇国地。西汉属益州郡毋棳县地。三国蜀汉属益州兴古郡西丰县地。西晋至南朝梁属宁州兴古郡毋棳县地。北朝周属南宁州。隋属南宁州总管府。唐初属剑南道姚州；唐南诏国置通海镇，启通海人文之风，属通海都督辖地。宋大理国属秀山郡。元宪宗六年（1256）通海置千户所，属善阐万户；至元十三年（1276）改通海千户所为通海县，属临安路宁海府（同年降为宁州）；二十七年（1280）直属临安路，后复属宁州，为临安路驻地。至元十三年（1276），将原大理国阿僰部休腊地置河西州，至元二十六年（1289）改为河西县，属临安路。
明洪武十五年（1382）通海、河西两县直属临安府，府驻地移驻建水县。清初沿明制，通海、河西县属临安府。雍正八年（1730）7月，临安府属迤东道。乾隆三十一年（1766）10月，临安府属迤南道。光绪十三年（1887）10月，临安府属临安开广道。民国2年（1913）通海、河西县均属蒙自道。民国18年（1929）废道直属省。民国37年（1948）通海、河西县均属云南第五行政督察区（驻建水县）。
1949年12月13日，通海县和平解放；1949年12月10日，河西县正式解放。通海、河西县均属玉溪专区。1953年2月，将华宁县兴义乡（包括新寨、香树营、义广哨、大义广、马家湾、窑冲、四家村）共21平方千米划归通海县。1956年11月16日，国务院全体会议第40次会议决定：撤销河西、通海2个县，设置杞麓县；以原河西、通海2县的行政区域为杞麓县的行政区域；县人民委员会驻原通海县城（一说为：1958年10月，华宁县与杞麓县合并为通海县，驻今通海县秀山镇。1959年10月，从通海县分出恢复华宁县）。1960年1月4日国务院批准：将杞麓县改名为通海县，属玉溪专区。1970年属玉溪地区，1997年属玉溪市。
1997年，全县辖6个镇、3个乡：秀山镇、河西镇、四街镇、杨广镇、九街镇、纳古回族镇、兴蒙蒙古族乡、里山彝族乡、高大傣族彝族乡。县政府驻秀山镇。
2000年第五次人口普查，通海县常住总人口275063人，其中：秀山镇31799人，杨广镇58862人，九街镇58169人，河西镇48558人，四街镇41457人，纳古镇11162人，里山彝族乡8412人，高大傣族彝族乡11014人，兴蒙蒙古族乡5630人。
2000年末，通海县辖6个镇、3个乡：秀山镇、河西镇、四街镇、杨广镇、九街镇、纳古镇、里山彝族乡、高大傣族彝族乡、兴蒙蒙古族乡。全县总人口26.3万人，其中非农业人口3.29万人。少数民族人口占总人口的14%，其中5000人以上的有汉、彝、回、蒙古4个民族。兴蒙乡是蒙古族在云南的唯一聚居地。境内人口密度365人/平方千米。
2002年1月10日，据云南省人民政府《关于通海县调整部分乡镇行政区划的批复》（云政复[2002]2号）和玉溪市人民政府《关于通海县调整部分乡镇行政区划的通知》精神，将通海县九街镇管辖的万家、大树、六一、金山、长河5个村委会（国土面积25.66平方千米，人口23007人）和杨广镇管辖的城郊、东村、黄龙3个村委会（国土面积17.81平方千米，人口13106人）划为秀山镇管辖。3月25日，通海县部分乡镇行政区划调整工作正式启动。10月28日，玉溪市人民政府下发《关于通海县河西镇东渠村委会更名为大回村委会的批复》，同意河西镇东渠村委会更名为大回村委会，更名后原行政村管辖的行政区域、隶属关系不变（2003年7月22日正式实施更名）。
2002年末，全县有6镇3乡，即：秀山镇、河西镇、四街镇、九街镇、杨广镇、纳古镇、里山彝族乡、兴蒙蒙古族乡及高大傣族彝族乡，下属65个村民委员会和4个社区居民委员会，530个村（居）民小组，360个自然村。全县有总人口265457人，总户数75320户，总人口比上年增加1110人，增0.42%。总人口中，男性130981人，占总人口的49.34%；女性134476人，占总人口的50.66%。农业户63179户，农业人口231320人，占总人口的87.14%；非农业户12141户，非农业人口34137人，占12.86%；少数民族人口37139人，占总人口的13.99%。
2010年第六次人口普查，通海县常住总人口300800人，其中：秀山镇80299人，杨广镇48512人，九街镇35822人，河西镇50423人，四街镇44797人，纳古镇16148人，里山乡8734人，高大乡10547人，兴蒙乡5518人。
2011年，撤销秀山镇、九街镇，设立秀山街道、九龙街道。调整后，通海县辖2个街道、4个镇、3个乡：秀山街道、九龙街道、杨广镇、河西镇、四街镇、纳古镇、里山彝族乡、高大傣族彝族乡、兴蒙蒙古族乡。县政府驻秀山街道。