Diên Khánh trước kia là vùng đất của phủ Diên Ninh thuộc dinh Thái Khang. Năm 1742, chúa Nguyễn Phúc Khoát đổi phủ Diên Ninh thành phủ Diên Khánh. Lúc bấy giờ huyện Phước Điền (tức huyện Diên Khánh sau này) thuộc phủ Diên Khánh. Năm 1832, trấn Bình Hòa đổi thành tỉnh Khánh Hòa. Tỉnh Khánh Hòa có 2 phủ và 4 huyện. Phủ Diên Khánh gồm có 2 huyện Phước Điền và Vĩnh Xương (huyện Hoa Châu nhập vào huyện Phước Điền).

Sau khi Pháp xâm chiếm Việt Nam, Pháp tiến hành thay đổi về mặt hành chính. Tỉnh Khánh Hòa có 2 phủ Ninh Hòa, Diên Khánh và 2 huyện Vạn Ninh, Vĩnh Xương. Phủ Diên Khánh có 3 tổng: tổng Trung Châu (Bắc sông Cái), tổng Vĩnh Phước (Tây-Nam sông Cái), tổng Ninh Phước (Đông-Nam sông Cái).

Sau Cách mạng tháng Tám thành công, năm 1946, chính quyền cách mạng quyết định xóa bỏ phủ Diên Khánh thành lập huyện Diên Khánh như ngày nay.

Trong chiến tranh Việt Nam, địa bàn huyện Diên Khánh có những thay đổi, nhiều lần nhập, tách với các xã của huyện Vĩnh Xương và Cam Ranh. Từ năm 1950-1954, nhập 2 huyện Vĩnh Xương và Diên Khánh thành huyện Vĩnh Khánh. Thời Việt Nam Cộng Hòa huyện có lúc tạm thời chia làm 4 đơn vị: 2 huyện miền núi Vĩnh Sơn, Vĩnh Khánh (1961-1975) và 2 huyện đồng bằng là Cửu Long và Hương Giang, đồng thời nhập một số xã của Vĩnh Xương (Vĩnh Phương, Vĩnh Lương, Vĩnh Hải, Vĩnh Ích) cho Diên Khánh (1961-1975). Từ 1965-1975, tách xã Diên An, Diên Toàn cho huyện Vĩnh Trang.

Sau năm 1975, huyện Diên Khánh sáp nhập với huyện Vĩnh Xương thành huyện Khánh Xương.

Ngày 10 tháng 3 năm 1977, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định 49-CP[1]. Theo đó:

• Sáp nhập 7 xã: Vĩnh Hiệp, Vĩnh Lương, Vĩnh Ngọc, Vĩnh Phương, Vĩnh Thái, Vĩnh Thạnh, Vĩnh Trung (vốn thuộc huyện Vĩnh Xương cũ) vào thị xã Nha Trang để thành lập thành phố Nha Trang.
• Hợp nhất hai huyện Khánh Xương và Khánh Vĩnh thành huyện Diên Khánh.

Huyện Diên Khánh gồm 24 xã: Diên An, Diên Bình, Diên Điền, Diên Hòa, Diên Lạc, Diên Lâm, Diên Lộc, Diên Phú, Diên Phước, Diên Sơn, Diên Tân, Diên Thạnh, Diên Thọ, Diên Thủy, Diên Toàn, Khánh Bình, Khánh Lê, Khánh Minh, Khánh Phú, Khánh Thành, Khánh Thượng, Khánh Vinh, Suối Cát, Suối Hiệp.

Ngày 27 tháng 3 năm 1978, thành lập xã Diên Đồng và xã Diên Xuân.[2]

Ngày 30 tháng 9 năm 1981, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định 100-HĐBT[3]. Theo đó:

• Thành lập thị trấn Diên Khánh trên cơ sở toàn bộ diện tích, dân số của xã Diên Thủy và một phần diện tích, dân số của các xã Diên Toàn, Diên Thạnh, Diên An, Diên Sơn và Diên Điền.
• Chia xã Suối Cát thành 2 xã Suối Cát và Suối Tân.

Ngày 27 tháng 6 năm 1985, tách 7 xã: Khánh Bình, Khánh Lê, Khánh Minh, Khánh Phú, Khánh Thành, Khánh Thượng, Khánh Vinh để tái lập huyện Khánh Vĩnh.[4]

Huyện Diên Khánh còn lại thị trấn Diên Khánh và 19 xã: Diên An, Diên Bình, Diên Điền, Diên Đồng, Diên Hòa, Diên Lạc, Diên Lâm, Diên Lộc, Diên Phú, Diên Phước, Diên Sơn, Diên Tân, Diên Thạnh, Diên Thọ, Diên Toàn, Diên Xuân, Suối Cát, Suối Hiệp, Suối Tân.

Ngày 13 tháng 9 năm 1985, chia xã Suối Cát thành 2 xã Suối Cát và Suối Tiên.[5]

Cuối năm 2006, huyện Diên Khánh có 1 thị trấn Diên Khánh và 20 xã: Diên An, Diên Bình, Diên Điền, Diên Đồng, Diên Hòa, Diên Lạc, Diên Lâm, Diên Lộc, Diên Phú, Diên Phước, Diên Sơn, Diên Tân, Diên Thạnh, Diên Thọ, Diên Toàn, Diên Xuân, Suối Cát, Suối Hiệp, Suối Tân, Suối Tiên.

Ngày 11 tháng 4 năm 2007, chuyển hai xã Suối Tân và Suối Cát về huyện Cam Lâm mới thành lập.[6]

Ngày 22 tháng 9 năm 2010, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định 854/QĐ-BXD về việc công nhận thị trấn Diên Khánh là đô thị loại IV.[7]

Ngày 11 tháng 2 năm 2020, sáp nhập hai xã Diên Bình và Diên Lộc thành xã Bình Lộc.[8]

Huyện Diên Khánh có 1 thị trấn và 17 xã như hiện nay.