西汉元封二年(前109)汉武帝置於朁县,属丹阳郡管辖,此为建县之始。东汉时期改称於潜县,《后汉书·郡国志》首次使用带三点水的写法。南朝陈时属钱塘郡,隋开皇九年(589)并入杭州。唐武德七年(624)复置并升格为潜州,统领於潜、临水两县,垂拱二年(686)分出紫溪县。南宋属临安府,元明清三代隶属杭州府,民国时期先后属钱塘道、建德专区。
康熙十二年《於潜县志》记载县境四至:东至临安县三十里,西至昌化县三十里,南至分水县七十里,北至孝丰县百二十里。天目山横亘北境,主峰海拔1500米,道教列为第三十四洞天。境内水系以天目溪为主干,形成九山半水半分田的地理格局。县治长期固定在今於潜镇,北宋《太平寰宇记》载其位置西有潜山,印证越语地名的地理特征。
北宋县令楼璹于绍兴年间绘制《耕织图》,包含21幅耕作图与23幅纺织图,系统记录浸种、插秧、采桑、缫丝等45道工序。该图谱被元司农司改编为《农桑辑要》,明清两代均有皇家摹绘版本。唐代骆宾王归隐终老於潜的记载见于《潜阳唐夏骆氏宗谱》,补充正史缺失的晚年行迹。
光绪年间(1890)仍为杭州府辖县,民初(1920)保留独立建制未与邻县合并。1930年代属浙江省第一行政督察区,1949年后划归临安专区。1958年11月并入昌化县,次年随昌化县并入临安县,结束独立行政建制。现存於潜镇作为千年古县治所,2023年入选浙江省千年古城复兴试点。
民国元年(1912)废府,改省直辖。民国3年设道,属钱塘道。民国16年废道,又改省直辖。民国24年属第一行政督察区,民国27年至34年,为专署驻地。民国36年5月改省直辖,10月改属第二行政督察区,民国37年4月属第一行政督察区,8月属第九行政督察区。
1949年5月29日,於潜县解放,属临安专区。1953年临安专区撤销,改属嘉兴专区。1955年划归
建德专区。1958年11月并入昌化县,属
嘉兴专区。