石泉历史悠久，早在新石器时代，先民于汉江沿岸劳动、生息、繁衍，被历史学家划为“仰韶文化”区域。

夏代，石泉属梁州。

商代属庸国。

春秋时，庸国被夹于楚、巴、秦3个大国之间。春秋鲁文公十六年（前611），楚、巴、秦灭庸，石泉归属楚国。秦更元十三年（前312），秦败楚于丹阳，取汉中，石泉成为秦楚争夺的交锋之地。后石泉归属秦国。

秦始皇统一中国后，划汉水中、上游为汉中郡，辖西城等6县。石泉属西城县。

汉代沿袭秦的政区划分，设汉中郡，并在今安康地区分设5县：即安阳、平利、旬阳、锡县和西城县。安阳县所辖，即今石泉、汉阴、紫阳3县。三国时期，魏、蜀、吴争雄。初期石泉先属魏，后属蜀。孟达叛蜀，魏夺蜀地，石泉又复属于魏。晋代，魏兴郡隶属荆州；并在石泉境增设晋昌郡，下辖长乐、新兴、吉阳、东关4县。晋昌郡治设在今石泉境内。

南北朝时期，中国呈分裂局面，郡、县朝设夕废，统属复杂。南朝宋初（约420），改晋昌郡为新兴郡，后又改名魏兴郡。石泉东南部属安康县，西北部置长乐县，属魏兴郡所辖。北魏时，宣武帝正始二年（505），在原梁州东部，分设东梁州，治所设在金城（今池河镇）。下设直城县（今石泉东北部，县治在池河老街）、安康县（今石泉东南部）、永乐县（原长乐县，今石泉西北部）。西魏时，废帝元年（552）因永乐县城南有石泉数眼，泉水清冽，四时不涸，因将永乐（今石泉西北境地）改名石泉。石泉南部属魏宁县，县城在梅湖（今喜河街）；东北部属直城县；东南部属安康郡的宁都县。隋代初，撤销直城县，辖地并入石泉。当时石泉县，辖今石泉、汉阴2县北部。宁都县于隋大业三年（607）改称安康县。

唐代圣历元年（698），将石泉县改名武安县。神龙元年（705）复名石泉。大历元年（771）撤销石泉县，辖地并入汉阴县，永贞元年（805）复置石泉县。北宋时，石泉境内仍为石泉和汉阴2县，属京西南路所辖。南宋绍兴二年（1132）汉阴县治所迁至新店，即今汉阴县城。石泉县（即今石泉县全境及宁陕南部）归属利州东路。

元代，金州为散州（散州下不设县）。石泉改设巡检司，辖地划属金州，归兴元路总管府所辖。明代，洪武二年（1369）恢复石泉县建置。十年（1377）六月，撤销汉阴县，辖地并入石泉。嘉靖三十八年（1559）割属汉中府；万历十一年（1583）改金州为兴安州后，石泉归属兴安州。清代，嘉庆年间石泉县属汉中府，后属陕安道兴安府。

民国初，石泉县归属汉中道。

民国二十二年（1933）撤销道制，后在省以下设置行政督察区。石泉县属第五行政督察专员公署（今安康地区）所辖。

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。

1958年12月，石泉、汉阴、宁陕3县合并为1县，称石泉县。石泉县人民委员会驻石泉城关镇。

1961年10月，恢复原来的石泉、汉阴、宁陕3县建制。