因沅江而得名，取威镇沅江之意。一说，镇沅为傣语“正也”转音，意为“粮仓小城”。

西汉属哀牢，东汉至三国蜀汉隶益州永昌郡。

两晋南北朝属宁州永昌郡。隋为濮部。

唐南诏时为银生节度属柳追和城地。

宋大理国属威楚府，大理国后期属蒙舍镇统领。

元中统三年（1262

），属威楚万户；至元十二年（1275）置开南州，属威楚路；至顺二年（1331）析开南州境置远干州，属景东军民府。

明洪武年间为麓川平缅宣慰司兼并；洪武三十五年（1402），置镇沅直隶州，属云南布政司。永乐四年（1406），改为镇沅土知府，隶云南布政司。永乐十年（1412）于禄平寨置禄谷寨长官司，属镇沅府。

清初袭明制，称镇沅土府，辖禄谷长官司，属云南省。雍正五年（1727），镇沅土府改土归流，为镇沅府；裁禄谷长官司，并裁省属者乐甸长官司，置恩乐县属镇沅府。雍正八年（1730）7月，镇沅府属迤东道。雍正十三年（1735）10月，降威远直隶厅为散厅属之，析府属之坝朗、坝木、坝痴等三寨地入元江府。乾隆三十一年（1766）10月，镇沅府属迤南道。乾隆三十五年（1770）2月，降为直隶州，析威远厅属普洱府，镇沅直隶州属迤南道。道光二十年（1840）6月，改直隶州为直隶厅，裁恩乐县，徙厅治于旧恩乐县址，属迤南道。

民国二年（1913）4月，镇源直隶厅改为镇源县，隶迤南道；同年，迤南道改为滇南道。

民国三年（1914），滇南道改为普洱道，镇源县属之。

民国十八年（1929），废道后直属于省。

民国二十一年（1932）4月，镇源县属云南第十二政务视察区。

民国二十三年（1934）4月，镇源县属第十五政务视察区，民国二十七年（1938）9月，镇沅县属第十政务视察区；民国三十年（1941）6月15日，镇源县属云南省第一区行政督察专员公署（驻宁洱县）；民国三十一年（1942）7月，镇源县属第四区行政督察专员公署（驻宁洱县）。

民国三十五年（1946）10月，镇源县属第六区行政督察专员公署（驻新平县）。

1949年8月，镇源县解放；9月10日，成立镇源县临时人民政府筹备处。10月16日，成立镇源县临时人民政府。

1950年3月，经思普地委批准，正式成立镇沅县人民政府，隶属宁洱专区。

1951年4月2日，政务院批准：宁洱专区更名为普洱专区，镇沅县属普洱专区。

1953年3月28日，政务院批准：普洱专区更名为思茅专区，镇沅县属思茅专区。

1959年1月，镇沅县新抚公社（面积968平方千米）划归墨江县。

1960年9月13日，国务院批准撤销镇沅县，将原镇沅县的行政区域分别划归景谷、景东、墨江、新平4县（1958年12月撤并）。

1962年3月27日，国务院批准恢复镇沅县，以合并于景谷、景东2个县的原镇沅县其行政区域为镇沅县的行政区域（1961年3月1日复置）。

1970年，思茅专区改为思茅地区，镇沅县属思茅地区。

1990年2月3日，民政部批复撤销镇沅县，设立镇沅彝族哈尼族拉祜族自治县，以原镇沅县的行政区域为镇沅彝族哈尼族拉祜族自治县的行政区域。

1993年11月17日，国务院批准：镇沅彝族哈尼族拉祜族自治县人民政府驻地由按板镇迁至恩乐镇。

1998年2月28日，县级机关正式迁至恩乐镇。2003年10月30日，国务院批准撤销思茅地区，设立地级思茅市，镇沅县属地级思茅市。2007年，思茅市更名为普洱市，镇沅县属地级普洱市。

2001年，勐大乡撤乡设镇。

2003年末，镇沅县辖恩乐、按板、勐大3个镇和振太、里崴、田坝、古城、三章田、九甲、者东、和平8个乡，109个村委会和2个居委会。

2006年，撤销三章田乡和者东乡，设立者东镇，新设立的者东镇管辖原者东乡和三章田乡管辖的行政区域范围，镇政府驻原者东乡者东村委会文奴村；撤销里崴乡，其行政区域并入勐大镇，镇政府驻地不变。