西汉分属益州、越嶲两郡。
三国蜀汉西部置云南郡，治今姚安县；东部属建宁郡，北部属越嶲郡。
东晋、南朝西部置兴宁郡，治今姚安县；东北部置建都郡，治今武定县；东部属晋宁郡。
唐代置姚州都督府，治今姚安县。
南诏置弄栋节度，治今姚安县；东部属拓东节度。
宋大理时分置威楚府（治今楚雄市）和弄栋府。
元代分置威楚路、姚安路和武定路（治今武定县）。
明代分置楚雄府、姚安军民府、武定府。
明洪武十五年（1382），改威楚为楚雄。
清代姚安府并入楚雄府。
清乾隆三十五年（1770）武定府改为直隶州。
1913年废府、州，1914年分隶滇中道、腾越道。
1916年裁滇中道，东部直属省。
1929年废腾越道，西部直属省。
1946年西部置第八行政督察区，专员公署驻姚安县。
1950年分属楚雄、武定两专区。
1953年武定专区并入楚雄专区。
1958年4月15日成立楚雄彝族自治州，名称沿用至今。