沭陽西周時，境域?qū)偾嘀荨４呵飼r屬魯國，魯成公九年，在今縣西北建中城邑。戰(zhàn)國時屬楚國。秦統(tǒng)一中國后，初屬薛郡，后改屬郯郡。

西漢景帝封衛(wèi)綰于建陵，在境內(nèi)首立侯國，建陵今屬新沂市。西漢武帝時，始設(shè)厚丘縣，隸屬東海郡。縣治厚鎮(zhèn)，前有丘陵盆地，后有厚鎮(zhèn)河，故名厚丘縣。漢成帝封楚孝王四子為陰平侯，陰平始為侯國。東漢除侯國，置陰平、建陵二縣。

三國時魏黃初年間，立東海國，領(lǐng)厚丘、陰平、建陵等11縣。西晉武帝裁陰平縣，封魯芝于陰平。陰平由縣變?yōu)椴梢亍?/p>

南朝宋文帝元嘉四年（427年）省厚丘，并入襄賁，另置僮縣，隸屬南下邳郡。劉宋勢力在南方，故僮縣為僑縣。宋孝武帝大明四年（460年），南下邳郡并入南彭城郡，僮縣遂屬南彭城郡。境內(nèi)古有潼水故以僮名縣。南齊復(fù)置厚丘縣，尋廢，置僮縣。梁武帝天監(jiān)五年（506年），廢僮縣，置僮陽郡。普通五年（524年），裴邃攻克北魏建陵城，省建陵縣。東魏孝靜帝武定七年（549年），改僮陽郡為沭陽郡，兼置下城、臨渣、服武、懷文等4縣，隸屬沭陽郡，復(fù)置建陵縣。東魏還置臨沭郡并縣，尋廢。陳宣帝太建五年（573年），命吳明徵、裴忌領(lǐng)兵10萬進攻江北，擊潰北齊，占領(lǐng)沭陽郡，下城、臨渣、服武三縣并入懷文縣。北周建德七年（578年），改懷文縣為沭陽縣，縣名沿用至今。因治所位于沭河北岸，故名。北周廢建陵縣。隋文帝開皇年間廢沭陽郡，縣治遷入郡治，隸屬海州。隋煬帝大業(yè)十三年（617年），土人反，改沭陽為沭州。

唐高祖武德年初，復(fù)置厚丘縣，八年（625年）省，入沭陽縣。唐高宗總章元年（668年），沭陽改屬泗州。咸亨五年（674年），還屬海州。五代、宋、元依唐制。

明洪武年間，沭陽從海州析出，隸屬淮安府。清代順治、康熙兩朝沿襲明制，清世宗雍正二年（1724年），改屬海州。

民國2年（1913年），屬徐海道。民國17年至37年，屬東海專員公署、徐海行政公署。民國29年（1940年）秋，中共淮海地委對境內(nèi)區(qū)劃作較大變動。淮沭路以西、沭河以南，與泗陽部分地區(qū)合并，設(shè)泗沭縣抗日民主政府；縣西北置潼陽縣抗日民主政府；縣北與東海鐵路南地區(qū)合并，建立東海縣（鐵路南）抗日民主政府；縣東和柴米河以北，劃歸灌云縣抗日民主政府。所置縣皆隸屬淮海區(qū)專員公署、行署。1945年8月至1949年5月，沭陽屬蘇皖第六行政區(qū)。

1949年5月，撤銷東海（鐵路南）、潼陽、泗沭縣，原轄區(qū)劃歸沭陽，宿遷部分轄區(qū)劃給沭陽，隸屬淮陰行政專員公署。1983年，實行市管縣，屬淮陰市。1996年8月，沭陽隸屬新成立的地級宿遷市。2011年，列為江蘇省直管縣三個試點之一。