汉初（公元前206年），于今县境设东牟县，为青州东莱郡隶。唐《元和郡县图志》载：“东牟故城在文登县西北一百一十里”。依方位与距离核查，则今县城近是东牟县治。惟未发现汉城遗址，有待考古证实。
时同郡另有牟平县。东牟县之名，当因其在牟平县东而来。宋初《太平寰宇记》谓此汉牟平县治所，在今蓬莱县“东南九十里故城”。其地今属福山区境，一般认为即今该区古现村。此牟平县与当时的东牟县仅系邻县，与今牟平县境并无关系。但今牟平县名却渊源于该县。后世文献，如《元和郡县图志》而下的诸地志，相传以为汉牟平县的得名，系因县治“在牟山之阳，其地夷坦，故曰牟平”。据此，汉时的牟平，当在今福山区境。但今牟平县城西北亦有牟山，《大明一统志》有记载。这可能是因后世牟平县治移此，山名随之迁指的缘故。
王莽代汉，建“新”朝，自天凤元年（公元14）起，大举更易郡县名。东牟县改名弘德县。
东汉建武五年（29）平齐地后，复名东牟县。永平二年（59），割东莱郡东牟等县入琅琊国，见《后汉书·光武十王传》。《续汉书?郡国志》记东牟迄属东莱郡，疑属失载。又该《志》谓东牟非县，而系侯国。考《后汉书》，失记此东牟侯，疑其为琅琊王刘京后裔，始封于东牟县并入琅琊国之后。
东牟侯国之复为东牟县，还属东莱郡，史失年月。疑在建安二十二年（217），琅琊国之时。亦或更早。
三国时魏仍设东牟县，属青州东莱郡隶。
晋初（265），撤东牟县，以其地并入治所在今福山区的牟平县。
永嘉之乱，晋室渡江。青州地先后为后赵、前燕、前秦、后燕、南燕、北魏、东魏、北齐、北周等政权或地方割据势力所有。东晋末至南朝刘宋初年，一度为南朝政权收复，旋又沦为北魏。在此期间，今牟平县地先属治在今福山区的牟平县，继属治在今蓬莱县的牟平县（《太平寰宇记》谓在黄县东七十三里，马岭山南）。北齐天统四年（568）分牟平县地置文登县后，今县地改属光州文登县。
隋统一后，今牟平县地仍属文登县地，惟文登县改属莱州，后又更为隶东莱郡。
唐初，今牟平县地仍属文登县。武德四年（621）于文登县置登州，贞观元年（627）州废县存。贞观二年，省设治于今黄县境的牟平县。麟德二年（665）分文登县地复置牟平县，治汉东牟故城，即今县治，是为汉牟平县名，移至汉东牟县，即今县之始，亦为今县地定设牟平县治之始。如意元年（692）重设登州于黄县境，后移至蓬莱县，牟平县隶属不变。天宝元年（742），登州改名东牟郡，乾元元年（758）复称登州。
五代至宋，均沿设牟平县及登州。宋时登州又别称东牟郡，属京东东路。
“靖康之变”后，金扶立刘豫伪齐傀儡政权，京东东路地为齐所辖。齐阜昌二年（1131），于登州牟平县治，别置宁海军。阜昌八年（1137），金废齐，宁海军为金直接统治。
金大定二十二年（1182），升宁海军为宁海州，治所仍在牟平县，辖牟平、文登二县。山东东路隶。
元沿设宁海州，仍治于牟平县城，辖牟平、文登二县。初隶于益都路，继隶于淄莱路，至元九年直属中书省。
明洪武元年（1368），以牟平县省入宁海州，仅辖文登县，州治不变，但改隶于莱州府。洪武九年复登州府，宁海州隶。莱州、登州初属山东行中书省，继属山东承宣布政使司。
清时（1644 ~ 1911），沿袭明建置。
民国时期（1912 ~1949.9），民国2年（1913），改宁海州为宁海县；民国3年，因与浙江省宁海县重名，改名牟平县，属胶东道。民国14年改属东海道。民国17年，直属山东省。民国26年，改属山东省第七行政区。民国27年至34年，先后属鲁东道、登州道。
民国30年（1941）1月，牟平县抗日民主政府成立。民国36年（1947）10月，分为牟平、牟东二县；次年6月，二县又合并为牟平县。属胶东区行政公署东海专署。
中华人民共和国时期（1949.10 ~1985.12），1950年5月，牟平县属山东省文登专区。1956年3月，改属莱阳专区。1958年11月，牟平县撤销，并入烟台市。次年11月，恢复牟平县，隶属烟台地区。1983年11月，地区改市，牟平县隶属烟台市。
附1：西汉东牟侯国
汉高后六年(前182年)曾封齐悼惠王刘肥之子刘兴居为东牟侯。文帝前元二年（前178）东牟侯刘兴居以“拥立”功，进封济北王。旧或据以谓东牟县曾一度改为侯国，或竟以封东牟侯之年为东牟侯，又一直在朝（长安），并未“之国”。疑非《汉书》失记，实未待改东牟县为侯国，而刘兴居即进封济北王。
附2：晋沿设牟平县说
《晋书·地理志》成于唐初，其记晋代郡县设置多有脱讹。考《宋书·州郡志》成于梁初，著者沈约尚得见晋代簿录，故时引《太康地志》为说。其所记自较《晋书》为确。《宋志》“东莱太守”下列“牟平令”，并谓“汉旧县”，不言晋废，足见汉牟平县相沿至刘宋初，中无更易。而《晋书》东莱国下无牟平县，决为漏载。故晋初废东牟县，其地入牟平县无疑。
附3：唐复置牟平县的年代
唐于今县境置牟平县的年代，史有二说：《元和郡县图志》、《旧唐书·地理志》“登州”下、《太平寰宇记》谓在麟德二年；《旧唐书·地理志》“莱州”下、《新唐书·地理志》谓在麟德元年。后世著述各有所宗，遂致两歧。考此一年之差，若非有一为误，也可能是一据朝旨颁布之年，一指地方正式实施之年。究为何者，今已莫明。姑从早出之说，视为麟德二年。
附4：观阳县考
今县境西南观水镇后半城村，近人于清泮于《观阳故城碑记》（见本志《附录·碑记》），考为观阳故城之一，惟不定其为汉至隋观阳县中何者的治所。经地、县文化部门多次调查，发现城垣基址。从暴露的文化层看，上为汉代层，下为战国层。因而推定此即汉观阳城故址。据此，则今县境的西南部，当为汉观阳县所属。考史籍中的观阳县，凡七见。一见于《汉书?地理志》，为胶东国所属八县之一。应劭《注》谓：“在观水之阳”。时胶东国治在即墨县，在今平度县境。二见于《后汉书?地理志》，为北海国所属18县之一。并谓：“建武十三年，省菑川、高密、胶东三国，以其县属”北海国。而胶东国则原有六县，观阳为其一，系建武十三年（37）封与东汉开国元勋胶东侯贾复之食邑，事具《后汉书?贾复传》。据此可知东汉时的观阳，应是西汉观阳的延续，未必有治所的变迁。三见于《晋书?华表传》，谓表于曹魏咸熙初（264）封观阳伯。观阳，当即此观阳县。从知三国时，仍沿设观阳县。又据《晋书?地理志》、《宋书?州郡志》，皆无观阳，可知其废于晋初。四见于《魏书?地理志》，为光州东牟郡所属四县之一，并谓为东魏“兴和中复属”（兴和为539～542）。据所载县有观阳城，知所指即汉观阳故城，而复置的县治必非故所。五见于《隋书?地理志》，为东莱郡所属九县之一，并谓：“后周废，开皇十六年复。”后周所废，当即东魏复设、北齐相沿的观阳县。隋开皇十六年（596）再度复设的观阳县，治所有无变更，不详。六见于《旧唐书?地理志》，谓“武德四年，置登州领文登、观阳二县。……贞观元年，登州废，地入文登县。” 玩其语意，当谓此自隋复设、唐初相沿的观阳县于贞观元年（627）并入文登县。七见于《新唐书?地理志》，大致同《旧唐书》。此后，则再不见观阳之名。综上所考，知观阳曾三设三废。除汉及三国的观阳县，必辖有今牟平县之部分地域外，后来的观阳县与今牟平县境是否有关，就待进一步的验证。