蓬溪县夏、商、周为蜀国地，秦为蜀郡地。汉属益州广汉郡(郡治今射洪县柳树镇通泉坝)辖，西晋惠帝永宁元年(301)，分广汉郡置德阳郡(郡治今遂宁斗城)，今县境为德阳郡德阳县地。东晋穆帝永和三年(347)，桓温平蜀，德阳郡更名遂宁郡，辖地未变。孝武帝时，分广汉县置德阳县。刘宋明帝泰始五年(469)，遂宁郡分为东、西遂宁郡，今县境隶属东遂宁郡。萧梁时期(502—534)德阳县更名为小溪县，今县境隶属新州东遂宁郡的晋兴、小溪县地。
　　西魏恭帝二年(555)，分东遂宁郡置怀化郡，改晋兴县为始兴县，小溪县为方义县。县境属合州怀化郡的始兴县和合州东宁遂郡的方义县属地。
　　北周孝闵帝元年(557)于东遂宁郡置遂州，改东遂宁郡为石山郡，遂州、石山郡、方义县治所设遂宁市城区，县境为遂州石山郡的方义县和怀化郡的始兴县辖地。
　　隋开皇三年(583)，撤郡留州，以州辖县、怀化郡、石山郡被省。开皇十八年(598)，始兴县更名为青石县，县境为遂州青石、方义县地，炀帝大业三年(607)，改州为郡、以郡统县，遂州改遂宁郡，辖县未变。唐高祖武德元年(618)，行州统县制，遂宁郡更为遂州，太宗贞观元年，国分十道，以益州地置剑南道。
　　唐高宗永淳元年(682)，割方义县北境置唐兴县，县治蓬川(今鸣凤镇翔凤)，县境为唐兴、青石县地，武后长寿二年(693)唐兴县更名为武丰县，中宗神龙元年(705)，武丰县复名唐兴县。景龙二年(708)析唐兴县北部地区置唐安县，县治设赤城镇茶店子。玄宗开元元年，废唐安县，迁唐兴县治于唐安县治所。唐天保元年(742)，改唐兴县为蓬溪县。县名因治所临“蓬溪河”得名。遂州更名为遂宁郡。蓬溪县隶属剑南道遂宁郡。五代和北宋初年，四川先后为前蜀(907—924)，后唐(925—933)和后蜀(934—965)所据，县境建置如唐末。
　　北宋乾德三年(965)灭蜀后，改剑南道为西川路，宋咸平四年(1001)原四川地区划为益州，梓州、利州、夔州四路，县属梓州路。神宗熙宁元年(1073)，省青石县(今潼南)入蓬溪县。翌年(1074)，青石县又复置。徽宗政和五年(1115)，遂州更名为遂宁府。南宋端平三年(1236)，蒙军入川，遂宁府迁蓬溪县蓬溪寨。元世祖至元十九年(1282)，长江县并入蓬溪县。县境隶属四川行中书省潼川府遂宁州。
　　明洪武九年(1376)，降遂宁州为遂宁县，蓬溪改属潼川州。次年，蓬溪县并入遂宁县。洪武十三年(1380)，蓬溪县复置，并将青石县涪江左岸地区划归蓬溪县。清顺治十年(1653)，遂宁县并入蓬溪县。顺治十七年(1660)，遂宁县复置。
　　清雍正八年(1730)，建置调整，蓬溪隶属四川布政使潼川府。
　　嘉庆七年（1802），全川设5道，蓬溪隶属川北道潼川府至清末。
　　民国二年(1913)，四川划为7道，蓬溪县仍属川北道。民国3年，四川由7道改为5道，蓬溪属嘉陵道。民国24年，四川划为18个行政督察区，蓬溪隶属于驻遂宁的第十二行政督察区。
　　1949年12月10日蓬溪解放，1950年1月5日，县人民政府成立，隶属于川北行署遂宁分区专员公署。1952年9月，川东、川西、川北、川南四个行署合并为四川省，遂宁分区改为遂宁专区，蓬溪隶属遂宁专区。1958年，遂宁专区撤销，蓬溪县划归绵阳专区。1968年9月，绵阳专区更名为绵阳地区。
　　1985年5月，遂宁市成立，蓬溪县隶属遂宁市。