早在新石器時代就有人類生存繁衍（距今1萬年前）；戰國初為代國延陵邑（前475），后趙國建延陵縣（前457）；晉、北魏為鮮卑族封地（295）；唐設天成軍（631）；遼代始設天成縣（1044）；明洪武二十六年（1393）置天成衛，正統十四年（1449）遷鎮虜衛至天成衛，二衛同治（鎮虜舊衛在今呼和浩特市托克托縣東南，遷至縣城西，轄26個堡寨；天成衛在縣城東，轄39個堡寨、3個軍墾、2個哨馬營、領兵5707人）；清順治三年（1646）合天成、鎮虜二衛為天鎮衛，雍正三年（1725）改制為天鎮縣；1952年11月由察哈爾省察南專區歸入山西省雁北專區，1993年7月歸屬大同市。