秦孝公十二年（公元前350）置縣。

新莽天鳳二年（公元15）改名千春。

更始元年（公元23）復命高陵。

三國魏黃初元年（公元220）更名高陸。

隋大業二年（公元606）又復名高陵，相沿至今。置縣以來，隨著歷代行政建置的改變，縣境屢有增析，變化不定，自清代起基本趨于穩定。

三國魏黃初元年（公元220）撤銷陽陵縣，其轄地部分并入高陵，縣境較前為大。

北周明帝二年（公元558），省萬年縣入廣陽、高陵二縣。縣境較前又有所增大。

唐高祖武德二年（公元619），析本縣涇河以南置鹿苑縣。

貞觀元年（公元627）撤銷，轄地復歸高陵。

唐武宗會昌元年（公元841），析本縣清平鄉以奉莊陵，縣境較前縮小。

最早記載縣境大小的是北宋宋敏求《長安志》。據載：縣境東西28里，南北33里。

元世祖至元二年（1265），涇陽縣并入高陵，次年（1266）復立。

明《高陵縣志》中，有在明代析東南數里（即張橋、孝義、安信三里之一部分）劃歸臨潼的記載。縣境廣28里，袤35里。其南省城，東南臨潼，東櫟陽，又東渭南，東北蒲城，北富平，西北三原，西涇陽，西南咸陽。

清代縣境變化不大。雍正十年（1732）《高陵縣志》記為東西距30里，南北距30里。東至臨潼界10里，西至涇陽界20里，南至咸寧界20里，北至三原界10里，東南至臨潼界20里，西南至咸陽界30里，東北至三原界7里，西北至三原界15里。

光緒十年（1884）《高陵縣續志》記為東西30里而遙，南北30里而近。

民國時期，縣境亦未有明顯變化。據民國三十年（1941）《高陵縣區保總圖》記載：本縣東西相距36里；南北相距33里，面積1188平方里。東至臨潼縣13里，西至涇陽縣21里，南至長安縣23里，北至三原縣14里，東北至三原、臨潼縣11里，東南至臨潼、長安縣28里，西南至咸陽、長安33里，西北至三原縣20里。距省城70里。

1953年高陵縣與鄰縣調整插花地時，將高陵縣東南的惠家場村劃給臨潼縣，換回原鄧、鄧家溝、六家莊3村。將高陵縣渭河南的班家、草店兩村劃給原長安縣（現長安區），換回馬坊灘、興隆村兩村。

1956年5月，高陵縣東北的邸家、學楊、劉家莊、灣里趙4村及王化孫的一部分劃給三原縣，換回南任、北任、官村聶、官村劉、蜜蜂王、吳鄭坊馬家、白馬寺灘7村。

1958年12月14日，高陵縣渭河南的耿鎮地區（即今耿鎮，當時稱紅旗耕作區）割歸西安市，1963年8月20日還歸。高陵縣東西長20.55公里，南北寬20.1公里，總面積為294平方公里。

2014年12月13日，國務院關于同意陜西省調整西安市部分行政區劃的批復，撤銷高陵縣，設立西安市高陵區。

2015年8月4日，高陵“撤縣設區”正式掛牌，結束2365年的縣制歷史。