“剑川”一名最早见于唐刘萧著《大唐新语》，记唐九征“勒石于剑川”（707）。“剑川县”名，则始见于元代《元史·地理志》，“剑川”一名的来历诸说不一，《康熙剑川州志》载：“剑川，西枕老君，东屏青崖，山镇全体，水列川形（即湖尾曲流三折），势若剑锋，形如川字，州以此名。
西汉时属益州郡叶榆县，东汉属益州永昌郡叶榆县，三国蜀汉属益州云南郡叶榆县。西晋至南朝梁属宁州云南郡。北朝周属南宁州。隋属南宁州总管府。唐初属剑南道姚州都督府；唐南诏国时为剑浪诏（矣罗识诏），属剑川节度（治剑川城）。宋大理国时为义督睒，属谋统府。元宪宗七年（1257）置义督千户，至元十一年（1274）改置剑川县属鹤州，至元二十三年（1286）属鹤庆路。
明洪武十七年（1384）剑川县升为剑川州，隶鹤庆军民府。清初沿明制，为剑川州，属鹤庆军民府。雍正五年（1727）4月，将丽江府属之中甸地置剑川州判，划归鹤庆府。雍正八年（1730）7月鹤庆府属迤西道。乾隆二十一年（1756）5月将中甸地还属丽江府。乾隆三十五年（1770）2月，降鹤庆军民府为散州与剑川州一并划归迤西道丽江府，剑川州直属丽江府。
民国2年（1913），剑川州改为剑川县，迤西道改为滇西道，剑川县属滇西道。民国3年（1914）滇西道改为腾越道，剑川县属腾越道。民国18年（1929），废腾越道，剑川县直属省。民国31年（1942），剑川县属云南省第七行政督察区（驻丽江县）。民国37年（1948），剑川县属云南省第十行政督察区（驻鹤庆县）。
1949年4月2日，成立剑川县人民武装政权；8月1日建立政务委员会，9月在剑川设立滇西北行政专员公署，10月1日正式建立剑川县人民政府。1950年初，滇西北行政专署迁往鹤庆，3月又迁丽江，改称丽江行政专区，剑川县属丽江专区。1956年11月16日，国务院全体会议第40次会议决定：撤销大理专区，设置大理白族自治州，剑川县划入大理州，并将丽江专区兰坪县的新华、建基、新生、新民、黄花、桑树、起文、官平、富乐、美水等11个白族聚居乡划归剑川县。
1960年9月13日，国务院全体会议第103次会议通过：撤销洱源、邓川2县，将原洱源、邓川2县的行政区域并归剑川县，县城设在牛街区三营（1958年10月撤并）。1962年3月27日，国务院全体会议第115次会议决定：恢复洱源县，以合并于剑川县的原洱源、邓川2个县行政区域为洱源县的行政区域，并将原属剑川的乔后、源安邑等划归洱源县（1961年9月分设）。
1996年，剑川县面积2318平方千米，人口约16.1万人，其中白族占91%。辖1个镇、8个乡：金华镇、东岭乡、甸南乡、沙溪乡、羊岑乡、马登乡、上兰乡、弥沙乡、象图乡。县政府驻金华镇。1999年，甸南乡改建甸南镇。2000年，马登、东岭乡改建为马登、剑阳镇。至此，剑川县辖4个镇、5个乡。
2000年第五次人口普查，剑川县常住总人口165900人，其中：金华镇11476人，剑阳镇32915人，甸南镇36841人，马登镇19957人，沙溪乡21486人，羊岑乡12437人，上兰乡16208人，弥沙乡9116人，象图乡5464人。
？年，沙溪乡撤乡设镇。2001年，全县辖5个镇、4个乡：金华镇、剑阳镇、甸南镇、沙溪镇、马登镇、羊岑乡、上兰乡、弥沙乡、象图乡。
2002年，上兰乡撤乡设镇（省政府2002年7月30日批准）。2003年，经云南省政府批准，上兰镇更名为老君山镇。2005年，撤销剑阳镇并入金华镇，并将甸南镇向前、文华2个村委会划归金华镇管理，镇政府驻原剑阳镇政府驻地（省政府2005年10月24日批准）。
2006年，剑川县面积2318平方千米，人口17.46万人。辖5个镇、3个乡：金华镇、甸南镇、沙溪镇、马登镇、老君山镇、羊岑乡、弥沙乡、象图乡；红旗林业局。共有5个居委会、88个行政村。
2010年第六次人口普查，剑川县常住总人口169973人，其中：金华镇53523人，老君山镇16798人，甸南镇31739人，沙溪镇21761人，马登镇19839人，羊岑乡12670人，弥沙乡8503人，象图乡5140人。
2014年，金华镇、沙溪镇被列为全国重点镇。