戰國中期，衡陽屬楚。
秦代屬長沙郡。
西漢高祖五年（前202年），始置承陽縣，屬長沙王國。
漢武帝元鼎六年（前111年），于蒸水之南置鐘武縣，屬零陵郡。
漢宣帝元康元年（前65年），鐘武縣改稱鐘武侯國。
漢平帝元始元年（1年），承陽縣改稱承陽侯國。
新莽始建國元年（9年），將承陽、鐘武合并稱鐘武、改名鐘桓。
東漢建武二年（26年），改承陽為蒸陽，與鐘武皆稱侯國，屬零陵郡。
永建三年（128年），鐘武更名為重安侯國。
獻帝建安初，析蒸陽縣、鄙縣的部分屬地置臨蒸縣，屬零陵郡。
三國吳太平二年（257年），分長沙西部置衡陽郡。
蒸陽、重安、臨蒸屬衡陽郡。
東晉太元二十年（395年），都縣并入臨蒸縣，屬湘東郡；蒸陽縣并入重安縣，屬衡陽郡。
南朝宋元嘉元年（424年），重安縣改稱重安侯國，臨蒸縣改稱臨蒸伯國。
宋泰始元年（465），改重安侯國為子國，屬衡陽王國。
齊建元元年（479年），臨蒸復稱縣，屬湘東郡。
陳天嘉初，鐘武并入臨蒸，析臨蒸縣西部置衡山縣，倚湘東郡郭。
陳太建元年（569年），析臨蒸縣東鄉置新城縣。
隋開皇九年（589年），省衡陽、湘東二郡始置衡州，并臨蒸、重安、新城三縣始置衡陽縣，州、縣同城。
大業三年（607年），改衡州為衡山郡，仍以衡陽縣為倚郭。
義寧元年（617年），隋在湖廣的政權被蕭銑的梁朝所取代。
梁鳳鳴元年（617年），仍立衡州，衡陽縣屬梁國衡州，為附郭縣。
唐武德四年（621年），改衡山郡為衡州，分衡陽縣復置重安、臨蒸、新城三縣。
武德七年（624年），并新城、重安兩縣入臨蒸縣。
開元二十年（732年），臨蒸縣復名衡陽縣。
天寶元年（742年）后，州郡并稱，衡陽縣屬衡州衡陽郡。
至德二年（757年），衡州防御使治所設衡陽縣城，領轄衡、岳、潭、郴、邵、永、道、涪八州軍事。
廣德二年（764年），置湖南觀察使治所于衡陽縣城，領轄衡、潭、邵、永、道五州軍事。
大歷四年（769年）徙治潭州，在衡陽以湖南定名的建置中心，由衡陽轉移到長沙。
五代十國后梁開平元年（907年），馬殷割據湖廣地區稱楚王。
楚分所有地為二十八州一監，直隸長沙府，衡陽縣隸屬楚國衡州。
宋隸屬荊湖南路衡州衡陽郡。
元至元十三年（1276年），衡州改稱衡州路，衡陽縣隸屬衡州路。
至元三年（1337年），析衡陽縣東南鄉復置新城縣（今分屬衡南縣、耒陽市）。
至正二十四年（1364年），吳王朱元璋改元朝衡州路為衡州府，衡陽縣屬衡州府。
明洪武元年（1368年），結束元朝統治，衡陽縣歸屬明朝。
洪武十年（1377年），并新城縣入衡陽縣。
清康熙十七年（1678年）三月初二日，吳三桂在衡陽稱帝，國號周，改元昭武，改衡州府為定天府。
康熙十七年（1678年）八月十七日，吳三桂病死。
康熙十八年（1679年），周的部卒退出衡州。
乾隆二十年（1755年），湖南巡撫陳宏謀，以衡陽縣“幅員遼闊，路當沖要，事繁難治”為由，奏請朝廷析其東南境（約今衡南縣）置縣分治。
乾隆二十一年（1756年）五月二十二日，吏部移文析衡陽縣東南鄉置清泉縣。
中華民國民國元年（1912年）二月，并衡陽、清泉二縣為衡州府。
民國二年（1913年）九月，裁府置縣，衡州府復稱衡陽縣。
民國二十七年（1938年）一月，湖南省實行行政督察區制，第五督察區機關設衡陽，衡陽縣屬第五督察區管轄。
民國二十九（1940年）五月，湖南省政府決定全省行政督察區由9個區改為10個區，駐衡陽的第五區改為第二區，衡陽縣屬第二督察區管轄。
民國三十一年（1942年）一月，析衡陽縣城區及城郊3個鄉置衡陽市。
縣、市治同城。
中華人民共和國1949年10月8日，衡陽解放。
衡陽縣隸屬衡陽專員公署。
1952年4月，根據政務院決定，析衡陽縣東南境一、二、四、九區置衡南縣。
1952年7月，衡陽縣治遷西渡。
1952年10月，撤衡陽、郴州、零陵專員公署設湘南行署，衡陽縣隸屬湘南行署。
1954年7月，撤湘南行署，復設衡陽專員公署，衡陽縣屬衡陽專員公署。
1968年9月，改衡陽專員公署為衡陽地區，衡陽縣屬衡陽地區。
1983年5月，衡陽地、市機構合并，衡陽縣隸屬湖南省衡陽市。