西漢，高祖六年（前201）為置縣之始，名為郪縣隸屬廣漢郡，治地在今縣南郪江鎮。
南朝，劉宋元嘉九年（432）分廣漢郡置新城郡，建北伍城縣，郡縣治今三臺縣城潼川鎮，以伍城水為縣名。
南梁，改始平僚郡為始平郡，分涪縣置始平縣，治地今花園鎮；撤郪縣入北伍縣，仍屬新城郡。
北朝，西魏改伍城縣為新城縣，恭帝三年（556）改為昌城縣。
北周，改始平縣為涪城縣。
隋開皇十八年（598）改新州為梓州（以梓潼水命名），治城今潼川鎮；大業三年（607）改昌城縣為郪縣。
唐宋，郪縣、涪城縣仍置，隸屬梓州（后為潼川府）。
元朝，至元二十年（1283）撤涪城縣并入郪縣。
明朝，洪武九年（1376）改潼川府為潼川州，同時撤郪縣并入潼川州，隸屬四川行省。
清朝，雍正十二年（1734）升潼川州為潼川府，以潼川州本州置三臺縣，為附郭首縣，縣名以城西三臺山得名。
1968年7月8日，三臺縣革命委員會成立，隸屬綿陽地革委。
1981年2月23日，撤銷三臺縣革命委員會，選舉產生三臺縣人民政府，隸屬綿陽行署，三臺縣名稱再次啟用，并沿用至今。