辖境古时分属回浦县、章安县、永宁县、乐成县。
唐会昌二年（842）置乐成县玉瑠镇。
北宋属乐清县玉环乡。
明洪武二十年（1387）禁海迁界徙民，并设楚门千户所，为抗倭要地。
成化十二年（1476）置太平县（今温岭市）玉环乡。
清顺治十八年（1661）再度禁海迁界。
雍正六年（1728）置玉环厅，属温州府。
1912年改玉环县，属温处道。
1914年改属瓯海道。
1927年直属于省。
1932年建立行政督察区，属温州辖区。
1948年属浙江第五行政督察区。
1949年洞头诸岛划入，并划温西区属温岭县，属温州专区。
1953年析置洞头县。
1958年洞头县复并入。
1959年并入温岭县，同时析原洞头县辖地属温州。
1962年复置玉环县，属台州专区，形成现今之政区范围。
1994年属台州市。
2024年5月13日民政部发文玉环撤县设市，改为玉环市。