临沭县一带有着悠久的历史，早在7000年前的原始社会，先民们就在此繁衍生息。东盘北辛文化遗址、北沟头村龙山文化遗址、郭家山新石器遗址等，都是原始社会末期人类在此活动的实物见证。
公元前21世纪至前11世纪的夏商时代，《尚书·禹贡》以自然地势将全国分为九州，临沭一带属徐州。这一时期，私有制的出现逐渐改变了原始社会的性质，中国已进入奴隶社会，部落与方国[方国：四方诸侯之国，四邻之国。]并存。郑山镇北沟头古遗址、临沭镇井店中村古遗址和青云镇坊口北岭古墓等处出土的大量文物，说明临沭一带已进入方国。
西周（公元前1046-公元前771）时期，分封诸侯国。《纲鉴易知录》载："周武王大封诸侯于天下，……封周公旦于少昊之墟于曲阜，为鲁公。"成王嗣位后，周公之子伯禽就封于鲁，建立鲁国。在周公东征凯旋和鲁侯伯禽伐淮夷、徐戎后，东土以宁。临沭一带属鄟[鄟：zhuān，古国名。《谷梁传》《公羊传》记载，春秋时为鲁附庸国，曾为邾国灭，为邾国邑名，后复国。《春秋》记载，鲁成公六年（公元前585年），"取鄟"，为鲁所灭。]、祝[祝：古国名。周武王封黄帝之后于祝，春秋时为齐所灭。治所在今江苏省赣榆县西北。]等小国辖地，为鲁之附庸。
春秋战国（公元前770-公元前221）时期，诸侯林立，相互兼并。春秋末期，周王室渐趋衰败，诸侯大国之间相互争战侵吞。鄟、祝等弱小之国，先后被鲁、齐所灭。《史记·越王勾践世家》载："勾践已平吴，乃以兵北渡淮，与齐、晋诸侯会于徐州[徐州：《中华通史》引"顾东高考，地点在今山东滕州市附近"。]，致贡于周。周元王使人赐勾践胙，命为伯。"战国时，越兵横行于江淮以东，诸侯毕贺，号称霸王。临沭一带已纳入越境。周显王十四年（公元前355年）楚灭越，临沭一带归楚。
秦代（公元前221-前206）实行"郡县制"。秦始皇灭六国，结束割据状态，实现中国历史上第一次统一。为加强其中央集权统治，改"封邦建国于诸侯"为"郡县隶属中央"，分天下为36个郡（后增加到48个郡），郡下置县，成为中国历史上第一个封建集权制国家。据《中国历史地图集》标注，当时临沭一带现新沭河以南石门镇等地，属东海[东海：(1)郡名，秦置。楚汉之际亦称郯郡，治所在郯（今山东郯城北）。南朝宋移治涟口（今涟水），并改北东海郡。东魏武定七年（549年）改海西郡。(2)县名。秦朐县地，南朝宋分置东海县，元并入朐山县，明为海州。1912年改设东海县，属江苏徐州道。]郡郯县辖，现新沭河以北地区隶属琅邪[琅邪（yá）：郡、国名。秦置郡，治所在琅邪（今山东胶南琅琊台西北）。西汉移治东武（今山东诸诚）。东汉改为国，治所在开阳（今山东临沂），晋因之。南朝宋复为郡，移治即丘（今临沂东南），后魏因之。隋治所在临沂（今临沂兰山区）。唐以后废。]郡莒县辖。
西汉（公元前206-公元25）时期，郡、国并行。汉高祖刘邦称帝后，仍沿用秦代"郡县制"，同时又分封许多诸侯国，开始了郡、国并行的局面。郡直属中央；国为郡级，由诸侯统治。汉武帝元封五年（公元前106年），全国分为13个监察区，亦称13州刺史部。《中国历史地图集》标注，是时临沭一带属徐州刺史部，分治于两郡四县：东部（今蛟龙镇一带）隶属东海郡（后称国）利城县[利城县：治在今临沭县蛟龙镇利城村。《中国古今地名大辞典》注："汉置利成县，东汉为利城。曹操为利城郡，魏复为县，南朝宋省。故城在今山东临沂县东百里，以山为基，接江苏赣榆县界。"]；西部（今曹庄镇一带）为东海郡即丘县[即丘：古县名。春秋时鲁祝邱。汉置即丘县，东汉为侯国，隋省。故城在今山东临沂东南25公里。]辖；西南部（今石门镇一带）隶属东海郡郯县[郯县：古县名。秦置。治所在今山东郯城北，唐初废入下邳县，历为东海郡、郯郡治所。]；北部（今青云镇一带）为琅邪郡高乡县属地。
东汉（25-220）实施州、郡、县三级行政制。东汉初年仍沿用西汉郡、国并行的行政区划，到东汉末改为三级行政制。州为地方最高一级行政区（亦称刺史部）。是时，徐州刺史部辖东海、广陵[广陵：郡、国名。西汉元狩三年（公元前120年），改江都国置广陵国。治所在广陵（今江苏省扬州市）。东汉改为郡。三国魏移治淮阴（今江苏省淮安市）。东晋后还治广陵，隋开皇初废。]2郡和彭城[彭城：郡、国名。西汉地节元年（公元前69年）改楚国为彭城郡，不久复为楚国。东汉章和二年（88年）改为彭城国，治所在彭城（今江苏省徐州市）。南宋改为郡，隋初废。]、下邳[下邳：东汉侯国。晋因之，南朝宋改为郡。故城在今江苏邳州市东。]、琅邪国，计62城。建安三年（198年），曹操分东海郡置利城郡，治所在利城。临沭一带东部、南部属东海郡祝其[祝其：古县名，汉置，治所在今江苏赣榆县西北，南朝宋废。唐武德六年（623年）改新乐县置，八年并入怀仁县。]、利城、郯县所辖；西部、北部属琅邪郡即丘、开阳[开阳：古县名。春秋时为鄅国。后改称启阳，属鲁。汉置县，避景帝刘启讳，改名开阳，南朝宋省。故城在今山东临沂北7.5公里。]两县分治。
三国（220-280）时期，沿用东汉区划制。魏黄初年间，东海郡改称东海国，琅邪郡改称琅邪国。临沭一带属魏辖，隶于徐州。现境内东部蛟龙镇一带隶属东海国利城县；东北部玉山镇一带属东海国祝其县辖；西部曹庄镇一带，为琅邪国即丘县所治；南部、西南部石门镇一带，属东海国郯县辖；北部青云镇一带，归城阳[城阳：郡、国名。西汉初置郡。文帝二年（公元前178年）改为国，治所在今山东莒县。东汉建武年间废，建安年间复置，晋改名东莞。]国莒县辖。
西晋（265-317）时期，仍实行州、郡、县三级制，同时出现了郡国和王国。全国置19个州，30个国，1232个县，东海又改"国"称"郡"。临沭一带仍属徐州，东部属东海郡，西部归琅邪国，北部隶属城阳郡。
东晋（317-420）沿用州、郡、县三级制。晋宗室司马睿在南方建立东晋，中原地区少数民族建立的政权更替频繁，已非东晋势力所能及。名义上建制未变，而有些司马氏子弟只顾偏安江南，不就受封之国，这就是历史上的所谓"侨置"。是时，中原地区先后出现5个割据政权。在后赵、前燕、前秦等政权时，临沭一带南部属东海郡，北部归琅邪郡。到后燕，南部属东海郡，北部属琅邪郡。南燕时，统属东海郡。
南北朝（420-589）时期，沿用晋制。刘裕称帝，国号宋，史称"刘宋"[刘宋：南朝时期的宋朝，皇室为刘姓，史称刘宋。]，开始了南北朝格局。南方先后有宋、齐、梁、陈4个政权，此谓南朝；北魏太武帝灭北凉，结束了十六国在北方的割据，统一了北方，谓之北朝。其间139年，是中国历史上最动乱时期，割据侵吞，征战不已，政局纷乱，无暇改变区划。临沭一带时属徐州，为东海、琅邪两郡治；北魏时仍属徐州，为东海郡郯县和琅邪郡即丘县分治。东魏、北齐时均属北徐州琅邪郡即丘县治。
隋代（581-618），隋文帝杨坚统一中国后，废郡，改为"州"管"县"的两级行政制。隋炀帝即位后于大业三年（607年）又改州为郡，实际上恢复了秦代的"郡县制"。是年，全国设190个郡，1255个县。《中国历史地图集》标注，临沭一带为琅邪、下邳、东海3郡边沿。东部（今蛟龙镇一带）归东海郡怀仁县辖；西南部（今曹庄镇一带）属下邳郡（初废郡时称泗州，607年改称下邳郡）郯县辖；中部、北部及西部隶属琅邪郡临沂县。
唐代（618-907），唐初实行"郡县"两级制，后增设"府"，作为州（郡）级行政单位。贞观元年（627年），根据自然地势，将全国分为10个道。开元二十八年（740年）增加到15个道。道不属行政区划，不设行政机关，而是由朝廷派员驻守，考查官吏的政绩，了解风俗民情。据《续山东考古录·兰山县》载"唐河南道沂州琅邪郡治临沂县及丞县[丞县：汉置，以丞水所经而名。故城在今山东省枣庄市峄城区西北，隋改为兰陵县。唐复故。金又改为兰陵，元省。]地，武德四年（621年）析置兰山、临沭、昌乐三县，……六年（623年）省兰山、临沭、昌乐入临沂，八年省利城入怀仁……"是时，临沭县治所在今临沭县郑山镇沙埠店至北沟头一带。这是临沭地方在历史上第一次以"临沭"命名置县。唐开元二十九年（741年），临沭地方大部分属沂州临沂县；西南部（今曹庄镇一带）属泗州下邳县；东部（今玉山镇、蛟龙镇、大兴镇一带）为海州怀仁县[怀仁县：东魏置，以县内有怀仁山得名。故城在今江苏赣榆县西11.5公里。金更名赣榆，即今赣榆县。]所辖。
五代（907-960）沿袭唐制。后梁、后唐、后晋、后汉、后周相互更替53年，兵连祸结，行政区划未有变动。
宋代（960-1279）效仿唐代"道"制，将全国分为15个路，路以下实施"州县"两级行政制。作为州级行政单位、与州并置的有府、军监。州、府是沿用唐代的行政单位；军是沿用唐代藩镇使用的称谓；监是矿区、盐区、牧区新设的行政单位。宣和四年（1122年）设24个路，254个州，63个军监，1234个县。是时，临沭一带为京东东路沂州府属地。1126年，北宋为金人所灭，中国形成南宋与金对峙的格局。是时，临沭一带属金。
元代（1206-1368）实施"省路府县制"。新设"省"，作为"路"的上一级行政单位；"路"以下管"府、州、军"，即实行四级行政制。至元二十七年（1290年），全国从上到下分为11个省，185个路，33个府、359个州、4个军，1127个县。是时，临沭一带属中书省益都路沂州府临沂县辖。
明代（1368-1644），将元代的省、路、府、州（县）四级制改为省、府（直隶州）、县（州）三级制。据《山东通志·疆域志·沿革》载："沂州于明洪武初属济宁府，五年（1372年）改属济南府，十八年（1385年）改属兖州府。"《中国历史地图集》标注，是时临沭一带大部地区隶属山东布政使司兖州府沂州；东部（今蛟龙镇）及东北部（今玉山镇）一带属南京淮安府赣榆县辖；西南部属兖州府沂州郯城县辖。又据清乾隆二十八年（1763年）《郯城县志》载：明嘉靖二十一年（1542年）郯城县下辖政区为4乡45社。其中长乐乡的北辰、高埠、朱吕、栗行、牛家庄、夏庄、化家桥、泉子埠、沈家埠、利城、许庄十一社，在今之临沭县境。
清代（1644-1911），沿袭明制，大致分省、府、县三级行政制。清初，临沭一带属山东布政使司兖州府沂州辖。雍正二年（1724年），沂州升为直隶州。雍正十二年（1734年），沂州升为府，并设附郭兰山县，沂州府领一州六县（一州为莒州，六县是兰山县、郯城县、费县、沂水县、蒙阴县、日照县）。清乾隆二十五年（1760年）《沂州府志·乡社》载"兰山……今九乡新旧并坊厢共一百二十五社……临沭乡有朱崔、白常、东潘、石河、山子、利城、白旄、夏庄、玉谷、柳庄等二十社。"又载，"郯城县雍正二年（1724年）以催粮不便，详明改编四十四里为五乡……长乐乡有北陈、栗行、泉子埠、化家桥、许庄、牛家庄等八社。"此时，临沭地方为兰山、郯城两县分治。
民国时期，实施"省道县"三级行政制。民国2年（1913年）裁府置道，山东改设4道。是时临沭地方属济宁道，大部地区属郯城县辖；今蛟龙镇、白旄镇一带属临沂县；东南部少数村庄属江苏省东海县。民国14年（1925年）山东省由4道改划11道，裁济宁道，置琅邪道。民国17年（1928年）废道，临沂、郯城两县归属山东省政府。是时，临沭一带北部为临沂县第五区，南部为郯城县第五区。
1940年1月，八路军一一五师东进支队和山东纵队陇海南进支队协同行动，袭击国民党郯城县政府设在南古庄的第二办事处，攻克南古庄，标志着郯东北地区解放，并成立抗日民主政权——郯东北第一办事处，7月改称苍马办事处。1941年8月，临沭县抗日民主政府成立，隶属鲁南专署第四行署，后改属滨海专署。1950年4月，隶属临沂专区。1956年3月撤县，南部石门、大兴、李庄、岌山4个区划归郯城县，北部玉山、蛟龙、青云、夏庄4个区及钟山区沭河以东部分划归莒南县，钟山区沭河以西部分划归临沂县。1961年8月恢复临沭县，原划郯城、莒南两县的区域复为临沭县政区，隶属临沂专区。全县辖曹庄、南古、石门、店头、大兴、观堂、白旄、韩村、夏庄、蛟龙、朱仓11个人民公社，561个大队，2863个生产队，人口33.5万。1967年，隶属临沂地区。1971年4月，国务院对石梁河库区区划调整，将蛟龙、观堂两公社的26个村庄、4343户、20120人划归江苏省东海、赣榆两县。1984年5月，人民公社改为乡、镇，临沭县设临沭、石门、曹庄、南古、韩村、蛟龙6个镇，郑山、白旄、东盘、朱仓、唐岭、芦庄、前庄、官庄、店头、周庄、古龙岗、青云、华桥、醋庄14个乡。2001年1月，乡镇区划调整，全县辖临沭、蛟龙、大兴、石门、店头、曹庄、南古、郑山、白旄、青云、玉山11个镇和朱仓乡，人口63万人。2008年3月，临沭县对经济开发区行政区划进行调整，将临沭镇、郑山镇、南古镇的10个村划归县经济开发区。至此，临沭县辖11个镇、1个乡、1个开发区。1994年12月，临沂地区改称临沂市，临沭隶属至今。