Quỳnh Lưu là một vùng đất cổ có cư dân sinh sống từ rất lâu đời. Bằng chứng là di chỉ văn hóa Quỳnh Văn. Ngoài Quỳnh Văn, các di chỉ cồn sò, điệp thuộc loại hình văn hoá Quỳnh Văn còn có ở một số địa phương như Quỳnh Hoa, Quỳnh Hậu, Quỳnh Xuân, Quỳnh Bảng, Quỳnh Lương, Quỳnh Minh, Quỳnh Nghĩa, Quỳnh Hồng, Mai Hùng...

Niên đại văn hoá Quỳnh Văn được xác định là ít nhất ở thời kỳ đồ đá, tức là cách ngày nay khoảng 6000 năm. Cư dân nguyên thủy ở Quỳnh Lưu sinh sống thành từng bộ lạc ở vùng lõm, đồng lầy dọc bờ biển. Chính bằng lao động của mình, những chủ nhân cổ xưa trên mảnh đất Quỳnh Lưu đã "khai thiên phá thạch", vật lộn với thiên nhiên, tạo nên một kỳ tích hình thành vùng đất và hình thành cộng dân cư thời xa xưa.

Tên Quỳnh Lưu xuất hiện vào thế kỷ XV thời Nhà Lê (1430) ở cương vực từ biển Đông lên tận Quỳ Châu gồm 7 tổng phía trên (thuộc đất huyện Nghĩa Đàn hiện nay) và 4 tổng phía dưới (thuộc đất huyện Quỳnh Lưu ngày nay).Từ năm 1430 trở về trước, cương vực Quỳnh Lưu hiện nay thuộc đất Hàm Hoan (tên của vùng Nghệ Tĩnh từ thế kỷ I đến thế kỷ III).

Từ cuối thể ký III đầu thế kỷ IV, Hàm Hoan đổi tên thành Đức Châu.

Đến giữa thế kỷ VII (năm 650) thời Bắc thuộc, Nghệ Tĩnh hiện nay được gọi là Hoan Châu, rồi đến nửa cuối thể kỷ VIII (năm 764), Hoan Châu tách ra thành Hoan Châu và Diễn Châu. Diễn Châu lúc bấy giờ bao gồm các huyện ngày nay của Nghệ An như Diễn Châu, Yên Thành, Quỳnh Lưu, Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Quỳ Châu, Quế Phong.

Thời nhà Lý, Diễn Châu là một châu, sau đổi thành một lộ và sau nữa đổi thành phủ, tức là một đơn vị hành chính thuộc chính quyền trung ương từ năm 1010 đến 1225, Quỳnh Lưu lúc bấy giờ nằm trong châu, lộ hoặc phủ Diễn Châu.

Đến thời Trần, vùng Hoan Châu và Diễn Châu được đổi tên là trại, sau là lộ, phủ; năm 1397, Diễn Châu được gọi là trấn với tên là Vọng Giang.

Thời nhà Hồ, trấn Vọng Giang được đổi thành phủ Linh Nguyên (nghĩa là đất linh thiêng) gồm đất Diễn Châu, Yên Thành, Quỳnh Lưu và Nghĩa Đàn ngày nay.

Đến thời Lê, Diễn Châu chỉ là một phủ của Nghệ An. Phủ Diễn Châu thời kỳ này bao gồm hai huyện Đông Thành và Quỳnh Lưu. Như vậy, tên "Quỳnh Lưu" lần đầu tiên xuất hiện ở thời nhà Lê với niên đại được xác định là năm 1430.

Từ mốc thời gian thành lập huyện Quỳnh Lưu trở đi tức là đến thời nhà Nguyễn, năm Minh Mệnh thừ 12 (1831), cả nước chia thành 29 tỉnh, trong đó tỉnh Nghệ An và tỉnh Hà Tĩnh được lập riêng. Quỳnh Lưu là đơn vị hành chính thuộc phủ Diễn Châu của tỉnh Nghệ An gồm 11 tổng. Từ năm Minh Mệnh thứ 21 (1840), 7 tổng ở vùng trên được tách thành huyện Nghĩa Đường (sau đổi tên thành Nghĩa Đàn), 4 tổng còn lại (Quỳnh Lâm, Hoàng Mai, Hoàn Hậu, Thanh Viên) là huyện Quỳnh Lưu như hiện nay thuộc phủ Diễn Châu.

Đến thời kỳ thực dân Pháp đô hộ Việt Nam, năm 1919, chính quyền thực dân phong kiến bỏ cấp phủ, Quỳnh Lưu trở thành đơn vị hành chính trực thuộc tỉnh không còn là cấp dưới thuộc Diễn Châu nữa.

Sau năm 1945, một số làng phía bắc huyện Diễn Châu và huyện Yên Thành được sáp nhập vào huyện Quỳnh Lưu. Huyện Quỳnh Lưu khi đó gồm có 16 xã: Cầu Giát, Liên Hóa, Phú Nghĩa, Quỳnh Anh, Quỳnh Chi, Quỳnh Dị, Quỳnh Diễn, Quỳnh Giang, Quỳnh Ngọc, Quỳnh Phú, Quỳnh Sơn, Quỳnh Tân, Quỳnh Vinh, Tam Xuân, Văn Hải, Văn Thanh.

Sau cải cách ruộng đất 1956, các xã lớn được chia thành các xã có quy mô nhỏ hơn: chia xã Văn Thanh thành hai xã lấy tên là xã Quỳnh Hải và xã Quỳnh Sơn; chia xã Quỳnh Chi thành 3 xã: Quỳnh An, Quỳnh Hoan và Quỳnh Ngọc; chia xã Phú Nghĩa thành hai xã lấy tên là xã Quỳnh Nghĩa và Tiến Thủy; chia xã Quỳnh Phú thành 3 xã lấy tên là xã Quỳnh Bảng, xã Quỳnh Lương và xã Quỳnh Minh; chia xã Cầu Giát thành 4 đơn vị hành chính lấy tên là thị trấn Cầu Giát, xã Quỳnh Hồng, xã Quỳnh Hậu và xã Quỳnh Thạch; chia xã Quỳnh Tân thành hai xã lấy tên là xã Quỳnh Long và xã Quỳnh Thuận; chia xã Quỳnh Anh thành 3 xã lấy tên là xã Quỳnh Đôi, xã Quỳnh Thanh và xã Quỳnh Yên; đổi tên xã Văn Hải thành xã Quỳnh Thọ; chia xã Liên Hóa thành hai xã lấy tên là xã Quỳnh Bá và xã Quỳnh Hưng; chia xã Quỳnh Giang thành 3 xã lấy tên là xã Quỳnh Giang, xã Quỳnh Lâm và xã Quỳnh Mỹ; đổi tên xã Quỳnh Sơn thành xã Quỳnh Hoa; chia xã Tam Xuân thành 3 xã lấy tên là xã Quỳnh Thắng, xã Quỳnh Châu và xã Quỳnh Tam.

Huyện Quỳnh Lưu có thị trấn Cầu Giát và 36 xã: Quỳnh An, Quỳnh Bá, Quỳnh Bảng, Quỳnh Châu, Quỳnh Diễn, Quỳnh Đôi, Quỳnh Giang, Quỳnh Hải, Quỳnh Hậu, Quỳnh Hoa, Quỳnh Hoan, Quỳnh Hồng, Quỳnh Hưng, Quỳnh Lâm, Quỳnh Lập, Quỳnh Liên, Quỳnh Lộc, Quỳnh Long, Quỳnh Lương, Quỳnh Mai, Quỳnh Minh, Quỳnh Mỹ, Quỳnh Nghĩa, Quỳnh Ngọc, Quỳnh Phương, Quỳnh Sơn, Quỳnh Tam, Quỳnh Thạch, Quỳnh Thắng, Quỳnh Thanh, Quỳnh Thọ, Quỳnh Thuận, Quỳnh Văn, Quỳnh Xuân, Quỳnh Yên, Tiến Thủy.

Ngày 24 tháng 3 năm 1969, hợp nhất xã Quỳnh Sơn và xã Quỳnh Hải thành một xã lấy tên là xã Sơn Hải; hợp nhất xã Quỳnh An và xã Quỳnh Hoan thành một xã lấy tên là xã An Hòa; chia xã Quỳnh Dị thành hai xã lấy tên là xã Quỳnh Dị và xã Mai Hùng; chia xã Quỳnh Vinh thành hai xã lấy tên là xã Quỳnh Vinh và xã Quỳnh Trang.

Ngày 2 tháng 4 năm 1973, thành lập xã Quỳnh Tân trên cơ sở một phần diện tích và dân số của các xã Quỳnh Xuân và Quỳnh Văn.[1]

Tháng 2 năm 1976, Quỳnh Lưu là huyện thuộc tỉnh Nghệ Tĩnh, hợp nhất xã Quỳnh Bảng và xã Quỳnh Liên thành một xã lấy tên là xã Quỳnh Phú, hợp nhất các xã Quỳnh Hồng, Quỳnh Hậu và Quỳnh Thạch thành một xã lấy tên là xã Quỳnh Sơn.

Huyện Quỳnh Lưu có thị trấn Cầu Giát và 34 xã: An Hòa, Mai Hùng, Quỳnh Bá, Quỳnh Châu, Quỳnh Diễn, Quỳnh Đôi, Quỳnh Giang, Quỳnh Hoa, Quỳnh Hưng, Quỳnh Lâm, Quỳnh Lập, Quỳnh Lộc, Quỳnh Long, Quỳnh Lương, Quỳnh Mai, Quỳnh Minh, Quỳnh Mỹ, Quỳnh Nghĩa, Quỳnh Ngọc, Quỳnh Phú, Quỳnh Phương, Quỳnh Sơn, Quỳnh Tam, Quỳnh Tân, Quỳnh Thắng, Quỳnh Thanh, Quỳnh Thọ, Quỳnh Thuận, Quỳnh Trang, Quỳnh Văn, Quỳnh Xuân, Quỳnh Yên, Sơn Hải, Tiến Thủy.

Ngày 19 tháng 9 năm 1981, chia xã Quỳnh Sơn thành 3 xã: Quỳnh Hồng, Quỳnh Hậu, Quỳnh Thạch; chia xã Quỳnh Mai thành 3 xã: Quỳnh Vinh, Quỳnh Thiện, Quỳnh Dị; chia xã Quỳnh Phú thành 2 xã: Quỳnh Bảng và Quỳnh Liên; chia xã Quỳnh Tam thành 2 xã: Quỳnh Tam và Tân Sơn; thành lập một xã lấy tên là xã Ngọc Sơn.[2]

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, huyện Quỳnh Lưu trở lại thuộc tỉnh Nghệ An vừa tái lập.

Ngày 10 tháng 4 năm 2002, chia xã Quỳnh Thắng thành 2 xã: Quỳnh Thắng và Tân Thắng.[3]

Ngày 21 tháng 4 năm 2006, chuyển xã Quỳnh Thiện thành thị trấn Hoàng Mai.[4]

Đến cuối năm 2012, huyện Quỳnh Lưu có 43 đơn vị hành chính cấp xã, bao gồm 2 thị trấn: Cầu Giát (huyện lỵ), Hoàng Mai và 41 xã: An Hòa, Mai Hùng, Ngọc Sơn, Quỳnh Bá, Quỳnh Bảng, Quỳnh Châu, Quỳnh Dị, Quỳnh Diễn, Quỳnh Đôi, Quỳnh Giang, Quỳnh Hậu, Quỳnh Hoa, Quỳnh Hồng, Quỳnh Hưng, Quỳnh Lâm, Quỳnh Lập, Quỳnh Liên, Quỳnh Lộc, Quỳnh Long, Quỳnh Lương, Quỳnh Minh, Quỳnh Mỹ, Quỳnh Nghĩa, Quỳnh Ngọc, Quỳnh Phương, Quỳnh Tam, Quỳnh Tân, Quỳnh Thạch, Quỳnh Thắng, Quỳnh Thanh, Quỳnh Thọ, Quỳnh Thuận, Quỳnh Trang, Quỳnh Văn, Quỳnh Vinh, Quỳnh Xuân, Quỳnh Yên, Sơn Hải, Tân Sơn, Tân Thắng, Tiến Thủy.

Ngày 3 tháng 4 năm 2013, toàn bộ diện tích tự nhiên và dân số của thị trấn Hoàng Mai và 9 xã: Mai Hùng, Quỳnh Vinh, Quỳnh Lộc, Quỳnh Lập, Quỳnh Dị, Quỳnh Phương, Quỳnh Liên, Quỳnh Xuân, Quỳnh Trang được tách ra thành lập thị xã Hoàng Mai.[5]

Huyện Quỳnh Lưu có 1 thị trấn và 32 xã như hiện nay.