秦始皇三十三年（前214年），在嶺南地區設置桂林郡、南海郡和象郡，陵水境域為象郡外徼。
漢代，西漢元封元年（前110年），漢武帝平南越之后在海南島上設珠崖、儋耳兩郡，領十六縣，陵水境域屬珠崖郡山南縣。
初元三年（前46年），罷珠崖郡，以珠崖、顏盧之名并為珠盧縣，隸屬合浦郡。
東漢建初元年（76年），廢珠盧縣置珠崖郡，仍屬合浦。
隋代，大業六年（610年），設陵水縣，隸屬臨振郡。
唐代，武德五年（622年），海南置崖、儋、振三州，陵水隸屬振州。
龍朔二年（662年），海南增置萬安州，改屬萬安州。
五代十國時期（907—960年），海南屬南漢，陵水仍屬萬安州。
宋代，北宋熙寧元年（1073年），陵水縣降為鎮并入萬安縣。
元豐三年（1080年），復置陵水縣，隸屬萬安軍。
南宋紹興六年（1136年），撤銷萬安軍，隸瓊州。
紹興十三年（1143年），復置萬安軍，還屬萬安軍。
元代，至元十五年（1278年），改為瓊州路安撫司，陵水縣隸屬湖廣中書行省瓊州路安撫司轄地。
至元初，縣治所從陵水峒博吉李村遷至南山頭（今陵水黎族自治縣椰林鎮城東頭村）。
皇慶元年（1312年），縣治所遷再次遷至龍頭村海邊，后遷至港門。
至正二十三年（1363年），隸屬廣西中書行省海北海南道宣慰司萬安軍。
明代，洪武元年（1368年），改萬安軍為萬州，陵水縣隸屬萬州。
洪武三年（1370年），瓊州升為瓊州府，隸萬州，屬瓊州府轄地。
清代，光緒三十一年（1905年）4月，升崖州為直隸州，降萬州為萬縣，不管轄縣，陵水縣隸屬崖州直隸州管轄。
民國元年（1912年），陵水縣隸瓊崖綏靖處。
民國二年（1913年），隸瓊崖鎮守府。
民國三年（1914年），屬瓊崖道。
民國十年（1921年）始，先后隸屬瓊崖善后處、瓊崖特別行政區、瓊崖綏靖委員公署、廣東第九行政督察委員公署、海南特別行政區。
民國十六年（1927年）至民國二十年（1931年），創建瓊崖第一個蘇維埃政權“陵水縣蘇維埃政府”。
民國三十七年（1948年）8月，中國共產黨領導的陵水縣民主政府成立，隸屬瓊崖臨時民主政府東區行政公署；同年10月，隸屬瓊崖臨時民主政府邊海行政公署；12月，又歸瓊崖臨時民主政府東區專員公署。
1949年7月，改為陵水縣人民政府。
1950年4月，陵水縣全境宣告解放，隸屬海南軍政委員會管轄。
1951年4月，陵水縣隸屬廣東省人民政府海南行政公署管轄。
1954年1月起，陵水縣劃歸海南黎族苗族自治區（1955年改稱海南黎族苗族自治州）管轄。
1955年7月，陵水縣人民政府改稱陵水縣人民委員會，歸海南黎族苗族自治州管轄。
1958年12月，陵水、崖縣、保亭和萬寧縣的興隆農場及附近農村合并為大縣，稱崖縣。
1959年10月，崖縣（原屬陵水縣）管轄的分界嶺（牛嶺）以北地區（即興隆、南橋、牛漏等地，含興隆公社、興隆華僑農場、南橋公社、南林農場、東和農場）劃歸萬寧縣（今為萬寧市）。
1961年6月，從崖縣分出，恢復陵水縣建置，隸屬廣東省海南行政公署和海南黎族苗族自治州管轄，縣政府駐陵城鎮。
1962年，陵水縣隸屬廣東省海南黎族苗族自治州。
1968年5月，成立陵水縣革命委員會。
1980年12月，撤銷陵水縣革命委員會，成立陵水縣人民政府。
1987年12月，成立陵水黎族自治縣，隸屬廣東省海南行政區和海南建省籌備組管轄。
1988年4月，海南建省辦經濟特區，陵水黎族自治縣隸屬海南省。