汉代称宁县，唐属文德县，金、元属宣平县，明洪武二十六年（1393年）置万全左、右卫。清康熙三十二年（1693年）改万全右卫为万全县。据传，因这里“地势险要，屯兵甚多，防备周全，万无一失”而得名。

1937年8月，日军侵占张家口，9月4日成立日伪察南自治政府，辖察南10县，万全县属之。

1938年1月，日伪万全县公署在张家口成立。

1939年9月3日因与日伪蒙疆联合自治政府同治于张家口，万全县治所遂迁回万全城。

1941年4月1日万全与怀安县合并，称万安县，治所柴沟堡，隶属于蒙疆联合自治政府察南政厅。

1958年同怀安县合并，1961年复置万全县。

1983年，万全县政府驻地由万全城迁至孔家庄镇（1983年5月24日河北省人民政府批准，7月1日开设办公）。

1993年，万全县划归张家口市管辖。

1997年，万全县面积1161.5平方千米，人口20.9万，辖4个镇、7个乡：孔家庄镇、万全镇、洗马林镇、郭磊庄镇、宣平堡乡、北沙城乡、旧堡乡、安家堡乡、高庙堡乡、新河口乡、膳房堡乡。县政府驻孔家庄镇。

2000年，根据第五次人口普查数据，全县总人口207403人，其中：孔家庄镇59453人、万全镇17930人、洗马林镇10497人、郭磊庄镇23662人、膳房堡乡10996人、新河口乡8335人、宣平堡乡10365人、高庙堡乡13215人、旧堡乡11393人、安家堡乡23191人、北沙城乡18366人。

2002年底，万全县面积1161.5平方千米，人口20.36万。辖4个镇、7个乡，7个社区、172个行政村。县政府驻孔家庄镇。

2016年1月，国务院同意河北省张家口市撤销万全县，设立张家口市万全区。