商代,石泉属庸人领地。西周,属庸国。鲁文公十六年(公元前611),楚联合秦、巴国灭庸,石泉地属巴国。战国,巴、楚互攻伐,汉水中上游先被楚占领,石泉地属楚国汉中郡西城县。秦惠文王更元十三年(公元前312),秦取汉中郡地。公元前316年,秦设汉中郡,石泉属秦国汉中郡西城县。高帝九年(公元前198),置安阳县,属汉中郡,治敖头(今石泉县城)东十里,汉阴西二十四里汉江北岸,为石泉境内最早行政建置。辖地范围东与西城县接壤,西与成固(城固)县毗连。东汉初平二年(191),属汉宁郡。东汉末年,安阳县废,魏初复设。三国时,先归蜀汉,后属曹魏。建安十二年(207),分汉中之安阳、西城为西城郡。魏黄初二年(221),属魏兴郡。晋太康元年(280),改安阳县为安康县。南朝刘宋(420~479),增设安康郡,领安康、宁都二县。北魏宣武帝正始二年(505),分原梁州东部设东梁州,领三郡。其中金城郡,治直城(池河镇),领一县直城县,辖今石泉县东北部、汉阴县西北部及宁陕县东南部,系分安康县地设立。梁武帝大同元年(535),东梁州被梁攻占。西魏废帝元年(552)收复东梁州,改为金、直、上三州。直州领三郡。其中,金城郡,与北魏同。安康郡,领一县,改安康县为宁都县。北周时期(557~581),宁都县治迁直城。隋开皇三年(583)撤销安康、金城郡,并撤销直城县,属直州。大业三年(607)撤销直州,属西城郡,同时改宁都县为安康县。唐高祖武德元年(618)属金州,619年复名直州,太宗贞观元年(627)直州撤销,属山南道金州。玄宗开元二十一年(733)归山南东道金州,玄宗天宝元年(742)改金州为安康郡,肃宗至德二年(757),安康郡、安康县均改称汉阴。肃宗干元元年(758)复设金州。五代十国时(907~960),战争频繁,统属复杂,属金州。金州曾一度被后梁攻占,不久又被前蜀占据。前蜀灭亡,则归后唐,末帝清泰年间又被后蜀占据,后被晋高祖收复,历后晋、后汉、后周三代。北宋时(960~1127),属京西南路金州。南宋绍兴二年(1132),汉阴县迁治新店(今汉阴县城)。属利州东路金州。元代(1271~1368),属兴元路金州。明成化十七年(1481),分汉阴之石泉堡为石泉县,治在汉江北岸。明世宗嘉靖三十八年(1559)十一月割属汉中府,神宗万历十一年(1583)属兴安州。清代(1644~1911)始属兴安州,乾隆四十七年(1782)属兴安府。乾隆四十八年(1783)分石泉五郎关(今宁陕关口、老城一带)归五郎厅。民国初,石泉属汉中道,民国二十二年(1933)撤销道制,以省辖县。民国二十四年(1935),属第五行政督察专员公署。
1949年11月30日,石泉解放,建立县人民政府,属陕南行署安康专署。1951年1月,改归陕西省人民政府安康专员公署。1955年8月,县人民政府改称县人民委员会。1956年5月,划汉阴酒店区白龙乡及西乡下高川马坊、两河口乡赵家营2个村归石泉。同年8月划西乡马平乡七村归石泉。1957年5月,西乡县茶镇区松树沟乡庙坝及张家铺子2村划入石泉。1958年12月,汉阴、宁陕、石泉三县和佛坪县陈家坝公社合并一县,县名石泉县,县人民委员会驻石泉县城。1961年10月,恢复石泉、汉阴、宁陕3县建制,将石泉云川公社建丰大队划给宁陕县,西乡县茶镇公社松树沟管区同心大队5、6、7生产队划归石泉左溪公社。1968年3月,建立县革命委员会,9月,隶属安康专区革命委员会,10月,隶属安康地区革命委员会。1978年4月,隶属安康地区行政公署。1981年1月,改县革委会为县人民政府。2001年1月后隶属安康市人民政府。