秦统一中国后,在县境内修筑军事城障——“浑怀障”(位于县境内冰沟南)。汉晋时,浑怀障仍为军事要地。南北朝北魏孝文帝在此置历城,北周置历城郡建安县。隋代改建安县为广润县,后又改广润县为灵武县。唐时,灵武县治南迁,浑怀障古城遂废。西夏建立后在县境北部置省嵬城。元属甘肃省宁夏府路辖。明代在其南部修筑东长城和行堤后,大部境地划在长城之北,称为边外地。此后成为蒙古族游牧地。清属绥远省,即今内蒙古自治区鄂托克旗。民国十八年(1929年),宁夏省在此设置陶乐设治局。绥远省反对,并于此年8月在此设置沃野设治局。民国政府内政部派员查勘后,于1937年裁定沃野设治局撤销,此地归宁夏省管辖。宁夏省于1941年将陶乐设治局升格为陶乐县,驻高仁镇。1945年,设置宁夏第三行政督察区,陶乐县归其管辖。1949年9月,陶乐县解放,属宁夏省。1954年9月,宁夏省撤销,并入甘肃省,陶乐县属甘肃省银川专区。1958年,宁夏回族自治区成立,陶乐县归属宁夏回族自治区。
解放前,行政区划为乡保甲制,辖2乡7保。其中第一乡南起横城清水沟,北止甘草坑,驻高仁镇;第二乡南起马太沟,北止劳石旦,驻察罕埂。1949年初,2乡7保50甲调整为4保42甲。
解放后,设置2个区4乡13个村。其中第一区驻高仁镇,辖高仁镇乡(驻高仁镇)和六顷地乡(驻六顷地),各辖3个村;第二区驻察罕埂,辖铁面乌素乡(驻铁面乌素,辖3个村)和红崖子乡(驻红崖子,辖4个村)。
1950年6月,撤销区级建制,全县设5个乡。其中第一乡驻高仁镇,第二乡驻马太沟,第三乡驻沟湾子,第四乡驻察罕埂,第五乡驻白银套海。
1952年春,陶乐县第五乡的渡口村、石嘴山渡口东岸划归内蒙古自治区鄂托克旗管辖。10月,从第二乡一乡,定名为第三乡,驻六顷地;原第三乡改为第四乡,驻地迁至铁面乌素;原第四、五乡分别改称第五、六乡。
1953年初,陶乐县驻地迁至马太沟。
1954年初,第三乡的西梁村划归第二乡;第四乡的铁面乌素划归第三乡;第三乡驻地迁至王家庄子西龙王庙附近;第四乡驻地迁至察罕埂;第五乡驻地迁至红崖子。
1956年11月,组建新星乡,驻月牙湖。1957年,马太沟乡改置为马太沟镇;10月,新星乡更名为月牙湖乡。
1958年,全县组建为3个人民公社,下设12个生产大队。其中灯塔公社由原马太沟镇、六顷地乡组建,驻马太沟,辖六顷地、新华、新村、东采、义和、马太沟6个生产大队;红星公社由原月牙湖乡和高仁镇乡组建,驻高仁镇,辖月牙湖、高仁镇、杨柜3个生产大队;红旗公社由五堆子、红崖子、白银套海3个乡合并组建,驻红崖子,辖五堆子、红崖子、白银套海3个生产大队
1959年4月,灯塔、红星、红旗3个人民公社分别更名为马太沟、高仁镇、红崖子人民公社。1960年10月,3个人民公社撤销,全县组建为1个人民公社,下设月牙湖、高仁镇、六顷地、新华、新村、马太沟、义和、予安、五堆子、红崖子等10个生产大队。
1961年5月,将原1个人民公社划分为5个公社。10月,又增设一个公社。此时,全县共辖月牙湖、高仁镇、马太沟、新华、五堆子、红崖子等6个公社。1962年,各公社撤销所属生产大队,实行公社、生产队两级管理体制。9月,撤销月牙湖、新华2个公社。
1963年春,由马太沟公社分设六顷地公社。1966年春,撤销六顷地公社,并入马太沟公社。
1981年7月,县城组建街道办事处。1984年,4个人民公社改称为乡;从马太沟乡分设六顷地乡。1985年4月,在县城街道办事处的基础上组建了城关镇;此时,全县共辖城关镇和高仁、六顷地、马太沟、五堆子、红崖子等5乡。
2003年,该县撤销。