境内最早的行政建制，始于战国。
赵武灵王破林胡、楼烦后，置云中、雁门、代三郡，雁门郡治在今右玉县右卫镇，同时在今朔城区南梵王寺村置新城。
秦代实行郡县制后，境域属雁门郡和代郡。
雁门郡治善无，辖境内善无、马邑（今朔州老城）、楼烦3县；代郡辖境内班氏县。
汉承秦制，在雁门郡新置沃阳、中陵、剧阳、汪陶、阴馆、繁畤5县。
东汉建武二十七年（51）定襄郡移治善无，撤沃阳县，将善无、中陵划入定襄郡。
雁门郡移治阴馆。
汉末三国时，境内战乱不已，郡县荒废，魏黄初二年（221）雁门郡移治今代县境内，辖南部汪陶、繁畤、阴馆、楼烦、马邑，北部为羌胡和鲜卑游牧地。
西晋永嘉四年（310），刘琨将陉（今雁门关）北5县之民迁到陉南，境内成为鲜卑拓跋猗卢游牧地。
十六国时为多民族游牧地，后赵、前燕、前秦、后燕所设之雁门郡领境内汪陶、繁畤、马邑3县。
北魏初都平城，在畿内设司州（迁都洛阳后改为恒州），司州辖善无郡领善无县；繁畤郡领繁畤县；桑干郡领桑干县；平齐郡领怀宁、归安2县；梁郡为梁郡公封地；马邑县直隶司州。
东魏天平二年（535），恒州以及所领郡县均寄治今忻州境内，武定三年（545），复置新城，治今朔城区梵王寺。
北齐天保六年（555），朔州从今内蒙古境内寄治新城，为与侨置寿阳县的朔州区别称北朔州，天保八年（557）北朔州迁治马邑，旋改马邑为招远县。
北朔州辖境内广安郡（治招远县）、长宁郡、平齐郡。
隋大业元年（605）改招远为善阳，大业三年罢北朔州置代郡，寻改代郡为马邑郡，治所均在善阳，辖境内善阳、神武2县。
唐初改马邑郡为朔州，开元五年（717）析善阳县置马邑县（今朔城区马邑村）。
天宝元年（742），朔州又改为马邑郡，乾元元年（758）复改为朔州。
唐末晋王李克用析云州置应州，辖境内金城县。
五代后唐天成元年（926），马邑县升寰州，治寰清县（州县同治）。
后唐清泰三年（936），石敬瑭将朔州、寰州、应州割让给契丹，境内属辽。
辽西京道大同府辖境内怀仁；朔州（治鄯阳，改善为鄯），辖鄯阳、马邑；应州辖境内金城、河阴。
金改西京道为西京路，大定七年（1167）河阴更名为山阴。
元至元二十五年（1288）复改西京路为大同路。
明代全境属大同府，州城不置县，罢鄯阳、金城，朔州领马邑县；应州领山阴县。
清雍正三年（1725）析大同府置朔平府，治右玉县，辖境内朔州（领马邑县）、右玉县（升右玉林卫）、平鲁县（升平鲁卫）；雍正八年东部山阴直属大同府，应州不再领县；嘉庆元年（1796），马邑撤县为乡并入朔州。
1912年，废府州为县，朔州称朔县、应州称应县，与右玉县、平鲁县、怀仁县、山阴县均直属山西省；是年，马邑复置为县。
1914年，境内各县均属雁门道（治大同）；是年，马邑县复并入朔县。
1927年，境内各县又直属山西省。
1937年，境内县城相继沦陷，国民政府逃亡，中国共产党及其领导的八路军创建晋绥、晋察冀边区，在山区成立抗日民主政府，政区演变复杂。
解放战争时期境内各县属雁北地区管辖。
1949年9月，属察哈尔省雁北专区。
1952年，察哈尔省撤销，境内重归山西省。
1954年7月，大同县与怀仁县合并为大仁县。
1958年，雁北专区与忻县专区合并为晋北专区，右玉并入左云县、应县并入山阴、平鲁并入朔县；大仁县并入大同市为大仁区，后又由大仁区改为怀仁区。
1961年恢复雁北专区右玉县、应县、平鲁县。
1964年12月复置怀仁县。
1965年5月怀仁县划入雁北专区。
1971年雁北专区改为雁北地区。
1988年3月24日，经国务院批准成立朔州市，为省辖地级市，辖朔城区（原朔县）、平鲁区（原平鲁县）和山阴县，市政府驻朔城区。
1989年1月5日，朔州市正式建立。
1993年7月10日雁北地区撤销，怀仁、应县、右玉三县划归朔州市。
2018年8月8日，怀仁县撤县设市，由朔州市代管。