郯城建置，始于炎国。其建成于公元前十一世纪。
战国时期，周威烈王八年（公元前418年），郯国为越所灭，其境入越。
周显王十四年（公元前355年），楚灭越后，其地又归楚。直至秦统一六国，郯国之名不复存在。
秦行郡县制。境地先属薛郡后为东海郡郡治所在地，并在楚汉间有一短暂时期亦称郯郡。属秦末增置十郡之一。其辖境北近临沂，南至长江以北的扬州、泰州，东濒东海，西南到洪泽湖一带，为本县建置盛期之一。
汉承秦制。郯为县、郡和徐州刺史部治所。
王莽代汉，东海郡地一度成沂平郡。
魏晋南北朝时期，本县建置更趋复杂。先是三国魏黄初年间（220—226年），东海郡称东海国，郯县隶属关系仍旧。但，徐州刺史部治所自郯移设彭城（今江苏徐州）。晋初，复称东海郡，郯县属之。晋惠帝时，又改称东海国。
隋，改郡为州。开皇初，郯郡废，郯县隶泗州。大业三年（607年），又改州为郡，泗州改称下邳郡，郯县又隶下邳。
唐，武德元年（618年），又行州县。武德四年（621年），郯县属泗州。贞观元年（627年），省入下邳，称郯城乡。“郯城”作为政区名，始见于此。元和间（806—820年），复置县时，遂以乡名为县名，称郯城县。而后又省入临沂县，仍称郯城，隶属河南道沂州。
郯城县自唐后期省入临沂县，历经五代十国、宋、金直至元前期，未再复县，其县原治所称“郯城”。在此长约500年的时期内，境域所属，随临沂县而易。
元末，郯城县复置。
明代，郯城县隶山东布政司兖州府沂州。下辖政区为4乡45社。
清朝雍正二年（1724年），兖州府之沂州划归直隶州。十二年（1734年），升沂州为府，郯城县隶沂州府。其下辖政区，清前期为4乡32社；中后期为4乡45社。
民国二年（1913年），裁府置道，郯城县隶济宁道，下辖5区48保。民国十四年（1925年），山东省由四道改为十一道，郯城县属琅琊道，辖区依旧。民国十七年（1928年），道废，郯城县直属山东省政府，其辖区改为5区44乡。民国二十七年（1936年），郯城县隶属山东省第三区行政督察专员公署，辖区更为7区45乡。翌年，其辖区又为5区45乡。
民国二十七年（1938年春），日本侵略军侵占郯城。民国二十八年（1939年）11月，八路军一一五师解放郯西之马头镇。民国二十九年（1940年）1月，又攻克郯城。与此同时，郯城县抗日民主政府成立，隶属鲁南行政专员公署。同年10月底，郯城复为日军侵占。民国三十年（1941年）2月，由于形势变化，县政府撤销。民国三十一年（1942年）4月，马陵办事处（县级政权）建立，隶滨海专署。
民国三十二年（1943年），郯城大捷后，马陵办事处改称郯城县人民政府，隶属关系未变。同年10月，县政府隶属滨海专署二行署。此间民国三十年至民国三十三年（1941—1944年），根据斗争形势需要，在郯城县东部及西部增置了临沭、赵镈（苍山）二县。
民国三十四年（1945年）4月，郯城县人民政府隶属滨海行署二专署，下辖10区2镇。
民国三十六年（1947年）2月，郯城县为国民党占领，人民政府政区同民国三十四年（1945年），国民党政府政区按民国初年设置，后改为23乡2镇。
民国三十七年（1948年）11月8日，郯城县全境解放，隶属鲁中南行署第六专署。1950年5月隶属临沂专区公署。1956年1月，郯城县人民政府改称郯城县人民委员会。1968年2月，又改名为郯城县革命委员会。1981年6月，复名为郯城县人民政府，隶属临沂地区行政公署。
1994年12月至今，隶属山东省临沂市。
