Trước thời các vua Hùng dựng nước, Hà Tĩnh cùng với Nghệ An là nước Việt Thường. Đến thời Hùng Vương, theo Đại Việt sử ký toàn thư, Hà Tĩnh thuộc bộ Cửu Đức

Thời nhà Hán (Bắc thuộc), đất Hà Tĩnh ngày nay thuộc huyện Hàm Hoan thuộc quận Cửu Chân

Sau khi Ngô Quyền đánh bại quân Nam Hán xâm lược, vùng đất Hà Tĩnh thuộc Cửu Đức

Thời nhà Đinh, nhà Tiền Lê: gọi là Hoan Châu, vùng địa đầu phía nam của nước Đại Cồ Việt, tiếp giáp với nước Chiêm Thành và nước Ai Lao.

Thời Lý-Trần, từ năm 1030, bắt đầu gọi là châu Nghệ An. Vào đầu thời kỳ này (đầu thời nhà Lý), đất Hà Tĩnh (phía Bắc đèo Ngang) vẫn là vùng đất biên cương của Đại Việt với Chiêm Thành.

Thời nhà Hậu Lê, từ năm Hồng Đức thứ 20 (1490) vua Lê Thánh Tông đặt ra thừa tuyên Nghệ An, nhưng vùng đất Nghệ An - Hà Tĩnh ngày nay cũng còn được gọi là xứ Nghệ An, phần đất thuộc tỉnh Hà Tĩnh ngày nay là đất thuộc 2 phủ Đức Quang (tức phủ Đức Thọ sau này) và phủ Hà Hoa (sau còn gọi là phủ Hà Thanh). Phủ Hà Hoa gồm 2 huyện: Thạch Hà và Kỳ Hoa (tức Kỳ Anh và Hoa Xuyên sau này). Phủ Đức Quang gồm 6 huyện: Thiên Lộc (tức Can Lộc), La Sơn (tức Đức Thọ ngày nay), Hương Sơn, Nghi Xuân, Chân Phúc (tức Nghi Lộc Nghệ An), Thanh Chương (Nghệ An).[18]

Thời Tây Sơn, vùng đất Nghệ An - Hà Tĩnh được gọi chung là Nghĩa An trấn

Năm Gia Long nguyên niên (1802) lại đặt làm Nghệ An trấn.

Năm 1831, vua Minh Mạng chia trấn Nghệ An thành 2 tỉnh: Nghệ An (phía Bắc sông Lam); Hà Tĩnh (phía nam sông Lam). Tỉnh Hà Tĩnh được thành lập với 2 phủ Đức Thọ và Hà Hoa của trấn Nghệ An trước đó. Năm Minh Mạng 17 (1838) lập thêm huyện Hoa Xuyên thuộc phủ Hà Hoa (Hoa Xuyên tức là Cẩm Xuyên ngày nay). Năm Minh Mạng 21 (1840), 2 huyện (trước của vương quốc Viêng Chăn bị diệt vong bởi Xiêm La và đất châu Trịnh Cao) là: Cam Cát (tức Khamkheuth tỉnh Borikhamxay) và Cam Môn (tức vùng các huyện Hương Khê, Vũ Quang và phia Đông Bắc tỉnh Khammuane ngày nay), từng nhập vào phủ Trấn Định (tức Ngọc Ma) thuộc xứ Nghệ của Đại Nam, đến lúc đó Minh Mạng cho nhập vào phủ Đức Thọ của tỉnh Hà Tĩnh. Năm Thiệu Trị thứ nhất (1841), đổi phủ Hà Hoa thành phủ Hà Thanh (do kỵ húy), đồng thời Thiệu Trị lấy cả ba phủ Trấn Định, Trấn Tĩnh, Lạc Biên (trước thuộc Nghệ An) nhập vào tỉnh Hà Tĩnh.[19]

Năm Tự Đức thứ 6 (năm 1853) đổi tỉnh Hà Tĩnh làm đạo, hợp vào Nghệ An thành An Tĩnh. Năm Tự Đức thứ 29 (năm 1876) lại đặt tỉnh Hà Tĩnh như cũ.

Thời Pháp thuộc, tỉnh Hà Tĩnh thuộc xứ Trung Kỳ nằm trong Liên bang Đông Dương của Pháp. Các phủ huyện là đất (các tỉnh Khammuane, Borikhamxay) thuộc Lào ngày nay (tức là đất các phủ Trấn Định, Trấn Tĩnh, Lạc Biên) bị cắt về xứ Lào thuộc Pháp, và từ đó không thuộc Việt Nam nữa.

Sau năm 1945, tỉnh Hà Tĩnh thuộc vùng Trung Bộ Việt Nam. Sau năm 1954, Hà Tĩnh thuộc Việt Nam Dân chủ Cộng hòa.

Sau năm 1975, giai đoạn 1976-1991, 2 tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh nhập làm một tỉnh và được gọi là tỉnh Nghệ Tĩnh.

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, tỉnh Nghệ Tĩnh lại tách ra thành Nghệ An và Hà Tĩnh như ngày nay. Khi tách ra, tỉnh Hà Tĩnh có 9 đơn vị hành chính gồm thị xã Hà Tĩnh và 8 huyện: Cẩm Xuyên, Can Lộc, Đức Thọ, Hương Khê, Hương Sơn, Kỳ Anh, Nghi Xuân, Thạch Hà.

Ngày 2 tháng 3 năm 1992, thành lập thị xã Hồng Lĩnh thuộc tỉnh Hà Tĩnh trên cơ sở tách thị trấn Hồng Lĩnh; 2 xã Đức Thuận và Trung Lương; một phần xã Đức Thịnh thuộc huyện Đức Thọ cùng với 2 xã Đậu Liêu và Thuận Lộc thuộc huyện Can Lộc.[20]

Ngày 4 tháng 8 năm 2000, thành lập huyện Vũ Quang trên cơ sở tách 6 xã: Đức Lĩnh, Đức Giang, Đức Liên, Ân Phú, Đức Hương, Đức Bồng thuộc huyện Đức Thọ, 5 xã: Hương Thọ, Hương Minh, Hương Đại, Hương Điền, Hương Quang, Hương Trạch, thuộc huyện Hương Khê và xã Sơn Thọ thuộc huyện Hương Sơn.[21]

Ngày 7 tháng 2 năm 2007, thành lập huyện Lộc Hà trên cơ sở tách 7 xã: Ích Hậu, Hồng Lộc, Phù Lưu, Bình Lộc, Tân Lộc, An Lộc, Thịnh Lộc thuộc huyện Can Lộc và 6 xã: Thạch Kim, Thạch Bằng, Thạch Châu, Mai Phụ, Hộ Độ, Thạch Mỹ thuộc huyện Thạch Hà.[22]

Ngày 28 tháng 5 năm 2007, chuyển thị xã Hà Tĩnh thành thành phố Hà Tĩnh.[23]

Ngày 10 tháng 4 năm 2015, thành lập thị xã Kỳ Anh trên cơ sở tách thị trấn Kỳ Anh và 11 xã: Kỳ Hà, Kỳ Ninh, Kỳ Lợi, Kỳ Trinh, Kỳ Thịnh, Kỳ Long, Kỳ Liên, Kỳ Phương, Kỳ Nam, Kỳ Hưng, Kỳ Hoa thuộc huyện Kỳ Anh.[24]