Các khai quật khảo cổ ở khu vực đã chứng tỏ rằng đã có loài người sinh sống ở khu vực này từ thời kỳ đồ đá. Nhiều hiện vật như bình sử, sành, công cụ lao động đã được phát hiện ở đây.[8]Năm 1926, một vị nữ khảo cổ người Pháp Madeleine Colani đã phát hiện nhiều di vật ở các hang động phía tây Quảng Bình. Bà đã kết luận rằng đã có sự hiện diện của văn hóa Hòa Bình ở khu vực này.[9]

Thời nhà nước Văn Lang, Quảng Bình nói riêng và vùng Bình Trị Thiên nói chung thuộc bộ Việt Thường, là địa điểm cực nam của nước Văn Lang. Thời Hán, Quảng Bình thuộc quận Nhật Nam. Sau khi nhà nước Lâm Ấp (tiền thân của nhà nước Chăm Pa) giành được độc lập năm 192 (thuộc Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định ngày nay), các triều vua Champa thường vượt đèo Hải Vân tiến ra cướp phá đất Nhật Nam và Cửu Chân và họ đã làm chủ vùng đất từ đèo Ngang trở vào khi nhà Tấn (Trung Quốc) suy yếu. Từ đó Quảng Bình là vùng đất địa đầu của Champa đối với các triều đại Trung Hoa cũng như các triều đại Việt khi người Việt đã giành được độc lập.

Năm 1069, Lý Thánh Tông - vua của Đại Việt đánh Champa bắt được vua Champa đưa về Thăng Long, để được tha vua Champa đã dâng đất (Địa Ly, Bố Chính, Ma Linh) tương ứng với tỉnh Quảng Bình và các huyện Vĩnh Linh, Gio Linh, Cam Lộ, bắc Hướng Hóa của Quảng Trị ngày nay cho Đại Việt và Quảng Bình chính thức thuộc về Đại Việt từ năm 1069.

Đời Lê Trung Hưng có tên là Tiên Bình. Năm 1604, đổi tên là Quảng Bình.

Chúa Nguyễn Phúc Khoát chia Quảng Bình thành 3 dinh: dinh Bố Chính (trước là dinh Ngói), dinh Mười (hay dinh Lưu Đồn), dinh Quảng Bình (hay dinh Trạm).

Tỉnh được thành lập năm 1831, đặt phủ Quảng Ninh, sau đặt thêm phủ Quảng Trạch.

Năm 1976 ba tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên hợp nhất thành tỉnh Bình Trị Thiên, đến năm 1989 lại tách ra như cũ.

Khi tách ra, tỉnh Quảng Bình có 5 đơn vị hành chính gồm thị xã Đồng Hới và 4 huyện Bố Trạch, Lệ Ninh, Quảng Trạch, Tuyên Hóa.

Ngày 1 tháng 6 năm 1990, chia huyện Lệ Ninh thành 2 huyện: Lệ Thủy và Quảng Ninh; tái lập huyện Minh Hóa từ huyện Tuyên Hóa.

Ngày 16 tháng 8 năm 2004, chuyển thị xã Đồng Hới thành thành phố Đồng Hới.[10]

Ngày 20 tháng 12 năm 2013, thành lập thị xã Ba Đồn trên cơ sở tách ra từ huyện Quảng Trạch.[11]