Hán Vũ Đế (140 - 87 TCN) diệt nhà Triệu, chiếm Nam Việt, chia tách nước Nam Việt thành các huyện. Huyện Hàm Hoan bao gồm vùng đất Nam Đàn ngày nay là một trong những huyện lớn của vùng đất thuộc quận Cửu Chân trước đó và Hàm Hoan chính là tên gọi đầu tiên của huyện Nam Đàn ngày nay.

Thời Tam Quốc vùng đất này thuộc Đông Ngô (220 - 265 sau CN) và tên huyện được đổi thành Đô Giao.

Vua Lê Đại Hành trị vì đất nước từ năm 981 đến năm 1005 đã phân định lại địa giới hành chính và đã đổi tên huyện Hàm Hoan thành huyện Hoan Đường thuộc Hoan Châu.

Năm 1036, Lý Thái Tổ sau khi dời đô ra Thăng Long đã đổi Hoan Châu thành châu Nghệ An, huyện Hoan Đường vẫn giữ nguyên tên gọi như trước đó.

Hồ Quý Ly lên làm vua (1400 - 1401) đổi tên huyện Hoan Đường thành huyện Thạch Đường.

Nhà Minh xâm chiếm nước ta đã tách thành 3 huyện là Thạch Đường, Kệ Giang và Sa Nam.

Sau khi Lê Lợi đánh thắng quân Minh, nhà Hậu Lê đã sắp xếp lại bản đồ vào năm 1467 và huyện Hoan Đường được đổi tên thành huyện Nam Đường.

Năm 1886 vua Đồng Khánh lên ngôi, vì vua có tên riêng là Nguyễn Phúc Đường nên để tránh phạm húy, chữ "Đường" được đọc chệch đi thành chữ "Đàn", cái tên Nam Đàn có từ đó, gồm thị trấn Nam Đàn và 28 xã: Kim Liên, Nam Anh, Nam Cát, Nam Cường, Nam Diên, Nam Giang, Nam Hồng, Nam Hùng, Nam Hưng, Nam Khánh, Nam Kim, Nam Lạc, Nam Lĩnh, Nam Lộc, Nam Long, Nam Nghĩa, Nam Phúc, Nam Sơn, Nam Tân, Nam Thái, Nam Thanh, Nam Thượng, Nam Tiến, Nam Trung, Nam Vân, Nam Xuân, Xuân Hòa, Xuân Lâm.

Ngày 24 tháng 3 năm 1969, hai xã Nam Hồng và Nam Long hợp nhất thành xã Hồng Long; ba xã Nam Lạc, Nam Hùng và Nam Tiến hợp nhất thành xã Hùng Tiến; hai xã Nam Khánh và Nam Sơn được hợp nhất thành xã Khánh Sơn; hai xã Nam Vân và Nam Diên hợp nhất thành xã Vân Diên.

Ngày 9 tháng 7 năm 1987, mở rộng thị trấn Nam Đàn trên cơ sở sáp nhập xóm Hạ Long của xã Vân Diên có diện tích tự nhiên 29,15 ha với 269 nhân khẩu và các xóm Tây Hồ, Quang Trung của xã Xuân Hòa có diện tích tự nhiên 88,21 ha với 874 nhân khẩu.

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, sáp nhập 3 xã Nam Trung, Nam Phúc, Nam Cường thành xã Trung Phúc Cường; sáp nhập 3 xóm: 1, 2, 3 của xã Nam Thượng với xã Nam Tân và xã Nam Lộc thành xã Thượng Tân Lộc; sáp nhập 2 xóm: 4,5 của xã Nam Thượng và xã Vân Diên vào thị trấn Nam Đàn.[3]

Huyện Nam Đàn có 1 thị trấn và 18 xã như hiện nay.