秦始皇三十三年（前214年），在岭南地区设置桂林郡、南海郡和象郡，陵水境域为象郡外徼。
汉代，西汉元封元年（前110年），汉武帝平南越之后在海南岛上设珠崖、儋耳两郡，领十六县，陵水境域属珠崖郡山南县。
初元三年（前46年），罢珠崖郡，以珠崖、颜卢之名并为珠卢县，隶属合浦郡。
东汉建初元年（76年），废珠卢县置珠崖郡，仍属合浦。
隋代，大业六年（610年），设陵水县，隶属临振郡。
唐代，武德五年（622年），海南置崖、儋、振三州，陵水隶属振州。
龙朔二年（662年），海南增置万安州，改属万安州。
五代十国时期（907—960年），海南属南汉，陵水仍属万安州。
宋代，北宋熙宁元年（1073年），陵水县降为镇并入万安县。
元丰三年（1080年），复置陵水县，隶属万安军。
南宋绍兴六年（1136年），撤销万安军，隶琼州。
绍兴十三年（1143年），复置万安军，还属万安军。
元代，至元十五年（1278年），改为琼州路安抚司，陵水县隶属湖广中书行省琼州路安抚司辖地。
至元初，县治所从陵水峒博吉李村迁至南山头（今陵水黎族自治县椰林镇城东头村）。
皇庆元年（1312年），县治所迁再次迁至龙头村海边，后迁至港门。
至正二十三年（1363年），隶属广西中书行省海北海南道宣慰司万安军。
明代，洪武元年（1368年），改万安军为万州，陵水县隶属万州。
洪武三年（1370年），琼州升为琼州府，隶万州，属琼州府辖地。
清代，光绪三十一年（1905年）4月，升崖州为直隶州，降万州为万县，不管辖县，陵水县隶属崖州直隶州管辖。
民国元年（1912年），陵水县隶琼崖绥靖处。
民国二年（1913年），隶琼崖镇守府。
民国三年（1914年），属琼崖道。
民国十年（1921年）始，先后隶属琼崖善后处、琼崖特别行政区、琼崖绥靖委员公署、广东第九行政督察委员公署、海南特别行政区。
民国十六年（1927年）至民国二十年（1931年），创建琼崖第一个苏维埃政权“陵水县苏维埃政府”。
民国三十七年（1948年）8月，中国共产党领导的陵水县民主政府成立，隶属琼崖临时民主政府东区行政公署；同年10月，隶属琼崖临时民主政府边海行政公署；12月，又归琼崖临时民主政府东区专员公署。
1949年7月，改为陵水县人民政府。
1950年4月，陵水县全境宣告解放，隶属海南军政委员会管辖。
1951年4月，陵水县隶属广东省人民政府海南行政公署管辖。
1954年1月起，陵水县划归海南黎族苗族自治区（1955年改称海南黎族苗族自治州）管辖。
1955年7月，陵水县人民政府改称陵水县人民委员会，归海南黎族苗族自治州管辖。
1958年12月，陵水、崖县、保亭和万宁县的兴隆农场及附近农村合并为大县，称崖县。
1959年10月，崖县（原属陵水县）管辖的分界岭（牛岭）以北地区（即兴隆、南桥、牛漏等地，含兴隆公社、兴隆华侨农场、南桥公社、南林农场、东和农场）划归万宁县（今为万宁市）。
1961年6月，从崖县分出，恢复陵水县建置，隶属广东省海南行政公署和海南黎族苗族自治州管辖，县政府驻陵城镇。
1962年，陵水县隶属广东省海南黎族苗族自治州。
1968年5月，成立陵水县革命委员会。
1980年12月，撤销陵水县革命委员会，成立陵水县人民政府。
1987年12月，成立陵水黎族自治县，隶属广东省海南行政区和海南建省筹备组管辖。
1988年4月，海南建省办经济特区，陵水黎族自治县隶属海南省。