Huyện Đắk Song được thành lập vào ngày 21 tháng 6 năm 2001 trên cơ sở tách 2 xã: Trường Xuân, Đắk Rung thuộc huyện Đắk Nông và 3 xã: Thuận Hạnh, Đăk Môl, Đắk Song thuộc huyện Đắk Mil.[1]

Khi mới thành lập, huyện thuộc tỉnh Đắk Lắk, gồm 5 xã: Đắk Môl, Đắk Rung, Đắk Song, Thuận Hạnh, Trường Xuân. Huyện lỵ của huyện đặt tại xã Đắk Song.

Ngày 26 tháng 11 năm 2003, Quốc hội ban hành Nghị quyết 22/2003/QH11 chia tỉnh Đắk Lắk thành hai tỉnh Đắk Lắk và Đắk Nông[4], huyện Đắk Song thuộc tỉnh Đắk Nông.

Ngày 6 tháng 6 năm 2005, chia xã Đắk Rung thành 2 xã: Nâm N'Jang và Đắk N'Drung.[5]

Ngày 22 tháng 11 năm 2006, thành lập xã Đắk Hòa trên cơ sở điều chỉnh 11.509 ha diện tích tự nhiên và 3.070 người của xã Đắk Môl.[6]

Ngày 18 tháng 10 năm 2007, Chính phủ ban hành Nghị định 155/2007/NĐ-CP[3]. Theo đó:

• Thành lập thị trấn Đức An, thị trấn huyện lỵ huyện Đắk Song trên cơ sở điều chỉnh 768 ha diện tích tự nhiên và 3.180 người của xã Đắk Song, 525 ha diện tích tự nhiên và 1.143 người của xã Nâm N'Jang
• Thành lập xã Thuận Hà trên cơ sở điều chỉnh 2.448 ha diện tích tự nhiên và 2.743 người của xã Đắk Song, 390 ha diện tích tự nhiên và 188 người của xã Đắk N'Drung, 2.805 ha diện tích tự nhiên và 722 người của xã Thuận Hạnh.
• Đổi tên xã Đắk Song thành xã Nam Bình.

Huyện Đắk Song có 1 thị trấn và 8 xã như hiện nay.